RealTEQ Academy - Learning by Sharing.

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠ ỌC BÁCH KHOA HÀ NỘ
I H I
NGUY N VI T ANH
Ễ Ệ
NGHIÊN CỨU C I THI N CH
Ả Ệ ẤT LƯỢNG MÔ MEN
ĐỘNG CƠ BLDC ROTOR NGOÀI TRONG TRUYỀN ĐỘNG
TRỰ Ế
C TI P
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT ĐIỆN
Hà Nộ –
i 2021

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠ ỌC BÁCH KHOA HÀ NỘ
I H I
NGUY N VI T ANH
Ễ Ệ
NGHIÊN CỨU C I THI N CH
Ả Ệ ẤT LƯỢNG MÔ MEN
ĐỘNG CƠ BLDC ROTOR NGOÀI TRONG TRUYỀN ĐỘNG
TRỰ Ế
C TI P
Ngành: ỹ ật điệ
K thu n
Mã số: 9520201
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT ĐIỆN.
NGƯỜI HƯỚNG D N KHOA H
Ẫ ỌC:
1. TS. Phạm Hùng Phi
2. TS. Phùng Anh Tuấn
Hà Nội - 2021

3. i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứ ủa riêng tôi. Các số ệ ế ả
u c li u, k t qu
tính toán trong
trình bày trong Luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố
bất cứ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày tháng năm 20
16 11 21
T NG D N KHOA H C
ẬP THỂ HƯỚ Ẫ Ọ NGHIÊN CỨU SINH
TS. Phạm Hùng Phi TS. Phùng Anh Tuấn Nguyễ ệ
n Vi t Anh

4. ii
L I C
Ờ ẢM ƠN
Để hoàn thành luận án này, tác giả xin đượ ử ờ ảm ơn sâu sắ ất đế ậ ể
c g i l i c c nh n t p th
hướ ẫ ọ là TS. Phạm Hùng Phi và TS. Phùng Anh ấn luôn dành
ng d n khoa h c Tu
nhi c, th ng d n u
ều công sứ ời gian quan tâm, động viên và tận tình hướ ẫ nghiên cứ
sinh trong suốt quá trình thực hiệ ận án.
n lu
Tác giả xin chân thành cảm ơn TS. ễn Vũ Thanh, TS. Bùi Minh Định đã hỗ ợ
Nguy tr
và đóng góp các ý kiến quý báu để nghiên cứu sinh hoàn thiệ ận án.
n lu
Tác giả chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong ộ môn Thiế ị ệ ệ ử
B t b Đi n - Đi n t ,
Viện Điện và phòng Đào tạ ờng Đạ ọc Bách khoa Hà Nội đã tạ ọi điề
o - Trư i h o m u
ki n thu n l i v v t ch u sinh
ệ ậ ợ ề thời gian và cơ sở ậ ất trong quá trình nghiên cứ thực
hi n lu
ệ ận án.
Tác giả trân trọ ảm ơn Viện Nghiên cứ ố ế ọ ỹ ật tính toán
ng c u qu c t Khoa h c & K thu
(DASI) đã tạo điề ệ ậ ợi cho phép tác giả ử ụng chương trình phầ ề
u ki n thu n l s d n m m
ANSYS/Maxwell 2D để ự ện các bài toán mô phỏ động cơ BLDC
th c hi ng FEM cho
rôto ngoài.
Tác giả ử ờ ảm ơn tớ ị/Em đồ ệ và các ạn đã động viên,
xin g i l i c i Anh/Ch ng nghi p b
giúp đỡ ề ọ ặ góp phầ vào sự ủ ận án.
v m i m t, n thành công c a lu
Cuối cùng, tác giả ử
xin g i t i b m , v l i c c nh t, nh ng
ớ ố ẹ ợ và các con ờ ảm ơn sâu sắ ấ ữ
người thân đã luôn ở bên cạ động viên ỗ ợ ề ầ ậ ấ ữ
nh , h tr v tinh th n, v t ch t nh
trong ng
lúc khó khăn, mệ ỏ . Để tác giả yên tâm trong quá trình nghiên cứu, góp phầ
t m i n
không nhỏ vào thành công củ ận án.
a lu
Tác giả ận án
lu
Nguyễ ệ
n Vi t Anh

5. iii
MỤC LỤC
M C .................................................................................................................
ỤC LỤ iii
DANH MỤC VIẾT TẮ Ệ
T, KÝ HI U ........................................................................ vi
DANH M NG
ỤC BẢ .................................................................................................. x
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. xi
M U .................................................................................................................... 1
Ở ĐẦ
Chương 1: TỔNG QUAN .......................................................................................... 4
1.1. Gi i thi u.......................................................................................................... 4
ớ ệ
1.1.1. Động cơ mộ ều không chổi than nam châm vĩnh cử
t chi u (BLDC)........... 6
1.1.2. Đặc điể ề ể ủ ộ g cơ BLDC
m đi u khi n c a đ n .................................................. 8
1.1.3. ng d ng tr p ............................. 9
Ứ ụng động cơ BLDC trong truyền độ ực tiế
1.2 ........................................................... 12
. Các nghiên cứu trong nướ ố
c và qu c tế
1.2.1. Các nghiên cứu trong nước...................................................................... 12
1.2.2. Các nghiên cứu trên thế ớ
gi i.................................................................... 12
1.3. n t ...................... 15
Các tồ ại và đề xuấ ứu động cơ BLDC rotor ngoài
t nghiên c
1.4. V u d n t ............................................................. 16
ật liệ ẫ ừ trong động cơ BLDC
1.4.1. Khái niệ ạ ừ
m m ch t ................................................................................... 16
1.4.2. V t li u t ......................................................................................... 25
ậ ệ ừ tính
1.4.3. Nam châm vĩnh cửu................................................................................. 29
1.4.4. M c u .............................................. 35
ô hình mạch từ ủ ử
a nam châm vĩnh c
1.5. K n .......................................................................................................... 41
ết luậ
Chương MÔ HÌNH MẠ Ừ ĐỘNG CƠ BLDC
2: CH T ............................................ 42
2.1. Gi i thi u........................................................................................................ 42
ớ ệ
2 ch chuy r ............................ 43
.2. Mô hình dị ển nam châm vĩnh cửu qua rãnh stato
2.2.1. Mô hình toán học..................................................................................... 43
2.2.2. ng c ........................................................................... 47
Ảnh hưở ủa độ cong
2.3. Q .................................................. 50
uá trình năng lượng trong động cơ BLDC
2.3.1. Xây dự ạ ừ tương đương
ng m ch t .............................................................. 50
2.3.2. M ch t n ph n ng ph n ng......................... 52
ạ ừ tương đương chưa xét đế ả ứ ầ ứ
2.3.3. M ch t n ph n ng ph n ng............................. 57
ạ ừ tương đương có xét đế ả ứ ầ ứ
2.4. Ki m nghi m t ng PTHH................. 59
ể ệ ừ thông tạ ểm làm việc nam châm bằ
i đi
2.5. K n .......................................................................................................... 63
ết luậ

6. iv
Chương : MÔ MEN ĐẬ Ạ TRONG ĐỘNG CƠ
3 P M CH (COGGING TORQUE)
BLDC........................................................................................................................ 64
3.1 p m .......................................................................................... 64
. Mô men đậ ạch
3 p m .............................................................. 65
.2. Cơ sở hình thành mô men đậ ạch
3.3. ng c chi u r ng .......................................................... 68
Ảnh hưở ủa ề ộ miệng rãnh
3.4. ng c ph ................................................................. 71
Ảnh hưở ủ ộ
a đ ủ nam châm
3.4.1. Chu ......................................................................... 71
ỗi Fourier lượng giác
3.4.2. Khai tri n chu ng c ph 72
ể ỗi Fourier để phân tích ảnh hưở ủ ộ
a đ ủ nam châm
3.4.3. So sánh kế ả tính toán giả ỏ
t qu i tích và mô ph ng FEM............................ 73
3.5. K n .......................................................................................................... 78
ết luậ
Chương Ế Ế, MÔ PHỎNG VÀ THỰ Ệ
4. THI T K C NGHI M................................... 79
4.1. Xây dự ật toán thiế ế động cơ
ng thu t k ............................................................ 79
4.1.1. Các kích thước cơ bản ............................................................................. 79
4.1.2. ng d ng thi n .............................................................. 81
Ứ ụ ết kế cho quạt trầ
4.1.3. Lưu đồ ật toán thiế ế
thu t k ........................................................................ 82
4.2. xu t trong lu ................................ 94
Tính toán thông số động cơ đượ ề
c đ ấ ận án
4.3. Thi ...................................................................................... 102
ết lập mô phỏng
4.3.1. RMxprt................................................................................................... 102
4.3.2. Maxwell ................................................................................................. 103
4.3.3. Ki t qu gi m nh ....................... 104
ểm nghiệm kế ả ả ỏ đường kính ngoài rotor
4.3.4. K t qu ng thi .....................................................................106
ế ả mô phỏ ết kế
4.3.5. Đánh giá kế ả ỏ
t qu mô ph ng................................................................... 109
4.4. Th m ................................................................................................ 110
ực nghiệ
4.4.1. Đặc tính B H thép kĩ thuật điệ ế ạ ạ ừ
- n Posco 1300 ch t o m ch t stator..... 111
4.4.2. Ch t m................................................................ 115
ế ạo động cơ thực nghiệ
4.5. K n ........................................................................................................ 118
ết luậ
T N .................................................. 119
ỔNG KẾ ỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂ
T VÀ Đ
T ng k t .............................................................................................................. 119
ổ ế
Nhữ ặ
ng m t hạ ế
n ch ............................................................................................. 119
Khả năng phát triể ừ ận án
n t lu ............................................................................ 119
DANH M A LU
ỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ Ủ
C ẬN ÁN........................... 120
TÀI LIỆ Ả
U THAM KH O...................................................................................... 121
PHỤ Ụ
L C ............................................................................................................... 126

7. v
Phụ ụ ả ận các điề ệ ới cho toàn bộ ực nghiên cứ ạ
l c 1. Th o lu u ki n ranh gi khu v u t i
m ................................................................................................................ 126
ục 2.2
Phụ ục 2. Thông số động cơ phụ ụ mô phỏ ạ
l c v ng t i mục 2.4............................. 136
Phụ ụ
l c 3. c
Thông số động cơ phụ ụ mô phỏ
c v ng tại mụ 3.3............................. 136
Phụ ụ ố ệu mô phỏ ạ
l c 4. S li ng t i mục 3.4.3 ......................................................... 138
Phụ ục 5. Thông số động cơ phụ ụ mô phỏ ạ
l c v ng t i mục 4.3.3.......................... 140
Phụ ụ
l c 6. Kết quả tính toán thông số động cơ BLDC bằng phương pháp giải tích
theo thu t k
ật toán thiế ế hình 4.1 và dùng để mô phỏ ạ
2 ng t i m c 4.3.4 .............. 140
ụ

8. vi
DANH MỤC VIẾT TẮT, KÝ HIỆU
Ký hiệu viết tắt
AC : Dòng điện xoay chiều (Alternating current).
Back-EMF : S ng ( ).
ức phản điện độ Back-Electromotive Force
BLDC : Động cơ một chiều không chổi than ).
(Brushless D Current
irect
BCNN : Bội chung nhỏ nhất.
DC : Dòng điện một chiều (Direct Current).
ƯCLN : Ước chung lớn nhất.
MMF : Sức từ động (Magnetomotive Force).
PM : Nam châm vĩnh cửu (Permanent magnet).
PMSM
: Động cơ đồ ộ nam châm vĩnh cử
ng b u (Permanent
magnet synchorous motor).
PM-BLDC : Động cơ mộ ều không chổ ử ụng nam châm vĩnh cử
t chi i than s d u.
PWM : Điề ế độ ộ
u ch r ng xung.
PTHH : Phầ ử ữ ạ
n t h u h n.
Ký hiệu chữ Đơn vị
A : Tiết diện. mm2
Am : Tiết diện nam châm. mm2
As : Tiết diện răng stator. mm2
Ag : Tiết diện khe hở không khí. mm2
Aslot : Tiết diện r nh.
ã mm2
Aw : Tiết diện dây dẫn. mm2
a : S s p.
ố ợi chậ -
bs0 : Chiều rộng miệng rãnh stator. mm
bs1 : Đường kính trên rãnh stator. mm
bs2 : Đường kính dưới rãnh stator. mm
bz : Chiều rộng răng stator. mm
B : Mật độ từ thông. T
Bf : Mật độ từ thông tản tại khe hở không khí. T
Bg : Mật độ từ thông tại khe hở không khí. T

9. vii
Bm : Mật độ từ thông tại điểm làm việc nam châm. T
Br : Mật độ từ dư nam châm. T
Br-s : Mật độ từ thông tổng của gông rotor và stator. T
Bs : Mật độ từ thông stator. T
Byr : Mật độ từ thông gông rotor. T
Bys : Mật độ từ thông gông stator. T
D : Đường kính động cơ. mm
Dir : Đường kính trong rotor. mm
Dis : Đường kính trong stator. mm
Dor : Đường kính ngoài rotor. mm
Dos : Đường kính ngoài stator. mm
d : Đường kính dây dẫn. mm
E, e : Sức điện động cảm ứng. V
F : Sức từ động. vòng
f : Tần số. Hz
G : Điện dẫn. S/m
g : Chiều dài khe hở không khí. mm
gC : Chiều dài khe hở không khí theo hệ số Carter. mm
H : Cường độ từ trường. A/m
Hc : Lực kháng từ. A/m
Hm : Cường độ từ trường tại điểm làm việc nam châm. A/m
hs : Chiều cao răng, rãnh stator. mm
hs0 : Chiều cao miệng rãnh stator. mm
hs1 : Chiều cao cổ rãnh stator. mm
hs2 : Chiều cao rãnh stator. mm
hm : Chiều dày nam châm. mm
Ia,b,c
ia,b,c
: Dòng điện pha A, B, C. A
J : Mật độ dòng điện. A/mm2
k : Hệ số. -
kC : Hệ số Carter. -
kdd : Hệ số điền đầy rãnh. -
khd : Hệ số hình dáng. -

10. viii
kE : Hệ số sức điện động cảm ứng. -
L : Điện cảm. H
Lc : Điện cảm chính. H
Lm : Chiều dài nam châm (theo trục động cơ). mm
Ls : Chiều dài hướng trục stator. mm
Lr : Chiều dài hướng trục rotor. mm
Laa : Điện cảm chính. H
Lham : Điện cảm rò rỉ do sóng hài bậc cao. H
Lend : Điện cảm tản đầu cuối. H
Lslot : Điện cảm tản rãnh stator. H
Ltotal : Điện cảm toàn phần. H
l : Chiều cao. mm
m : Khối lượng. kg
mFe : Khối lượng sắt. kg
N (Nz; NS, Nr) : S .
ố răng, rãnh, cực -
n : Tốc độ quay. vòng/phút
nd : Số phần động cơ được chia theo UCLN (Ns, Nr) -
P : Từ dẫn. -
P : Công suất tác dụng. W
Pc : Công suất khe hở không khí. W
Pe : Công suất điện từ. W
Pco : Công suất cơ. W
p : Số cực. -
pFe : Suất tổn hao sắt. W/kg
Q : Công suất phản kháng. VAr
R : Điện trở. Ω
Rs : Bán kính cong đáy rãnh dưới. mm
 : Từ trở. -
T : Mô .
men N.m
Te : Mô .
men điện từ N.m
Tm : Mô .
men cơ N.m
Tcogging : Mô .
men đập mạch N.m
Ts : Số thanh dẫn trong một rãnh. -
Tph : Tổng số thanh dẫn trong một pha. -
t : Thời gian. s
Ua,b,c : Điện áp pha A, B, C. V

11. ix
V : Thể tích. m3
v : Vận tốc. m/s
W : Năng lượng. J
Wf : Khoảng cách giữa 2 cực (Nam châm). mm, rad
wyr : Chiều dày gông rotor. mm
wys : Chiều dày gông stator. mm
X : Điện kháng. Ω
 : T s cung c ).
ỷ ố ực c c
trên bướ ực (Độ ủ nam châm
ph -
 : Góc mở rãnh. -
 : Giá trị tương đố ủa cung răng hữu ích.
i c rad
 : Hiệ ấ
u su t. %
 : H s t
ệ ố ừ thẩm. H/m
 : H s t m c
ệ ố ừ thẩ ủa không khí. H/m
 : H s t
ệ ố ừ thẩm tương đối. H/m

 : Chiều dài cung cực. mm

 : Bướ ự
c c c. mm

 : Bước rãnh. mm
 : T nh m u tr
ố ộ
c đ góc đị ứ ầ
c đ ục. rad/s
 : Từ thông. Wb
ρ : Điệ ở ấ
n tr su t. Ω.m
2p : S c
ố ực. -

12. x
DANH MỤC BẢNG
B 1.1.
ảng Tính chấ ển hình củ ậ ệu nam châm vĩnh cử
t đi a v t li u.............................. 35
B ng 2.1.
ả M i quan h gi ......... 48
ố ệ ữ ộng cơ từ
a đ trường hướng tâm và mô hình rãnh
B 2.2.
ảng B ........................ 51
ảng thông số tương đương giữa mạ ện và mạ
ch đi ch từ
B 2.3.
ảng B ng kh ng thanh d n........................................................... 59
ả ảo sát số lượ ẫ
Bảng 3.1. kh
Thông số ảo sát bs0 ...................................................................... 68
và 
B ng 3.2.
ả Giá trị ệ ố
các h s Kn-α................................................................................ 73
B 4.1.
ảng Giá trị ề ặ ở không khí ở ộ ố động cơ [70]
chu vi b m t khe h m t s ............... 80
B ng 4.2.
ả Thông số yêu cầ ế ế và thông số ự ọ
u thi t k l a ch n...................................... 81
B ng 4.3.
ả S u kh
ố liệ ảo sát đường kính ngoài rotor Dor t k c v
để thiế ế điểm làm việ ật
li thu
ệu thép kỹ ật điện ............................................................................................ 104
B ng 4.4.
ả So sánh kế ả tính toán và mô phỏ
t qu ng................................................. 110
B ng 4.5.
ả Thông số ạ ặc tính B H thép Posco 1300
m ch đo đ - ................................ 112
B ng 4.6.
ả Thông số ố ầ đo
B-H theo s l n ................................................................. 113
B ng 4.7.
ả Thông số ậ ộ ừ ủa nam châm Ferrite
m t đ t thông c .................................. 114
B ng 4.8.
ả Thông số động cơ BLDC đượ ế ạ ớ ộ ủ nam châm α
c ch t o v i đ ph =0,7... 116
B ng 4.9.
ả Thông số động cơ Benney (Thailand) vớ ộ ủ nam châm α
i đ ph =1........ 117

13. xi
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Phân loạ ộng cơ dựa trên nguồ ấp dòng điệ
i đ n cung c n AC / DC.............. 4
Hình 1.2. D ay chi u PM........................ 5
ạng sóng kích thích cơ bản cho động cơ xo ề
Hình 1.3. C u t a PMSM.................................................................... 5
ấ ạo điển hình củ
Hình 1.4. C u t o o r .................................................... 6
ấ ạ động cơ BLDC r to bên trong
Hình 1.5. C u t o o r .................................................... 7
ấ ạ động cơ BLDC r to bên ngoài
Hình 1.6. C u t u t
ấ ạo động cơ BLDC kiể ừ trườ ọ ụ
ng d c tr c........................................ 7
Hình 1.7. Các thành phầ ệ ố ền độ ử ụng động cơ BLDC
n trong h th ng truy ng s d ...... 8
Hình 1.8. M ch ph n n t n .......... 8
ạ ầ ứng động cơ BLDC được cấp điện thông qua biế ầ
Hình 1.9. Trình tự ể ạ bán dẫn và dạng sóng dòng điện tương ứ
chuy n m ch van ng... 9
Hình 1.10. a) Hệ ền độ ả
truy ng gi m t truy
ố ệ
c; b) H ền độ ự
ng tr c tiếp...................... 10
Hình 1.11. a) Máy giặt thông thường; b) Máy giặt truyền độ ự
ng tr c tiếp ....... 11
[14]
Hình 1.12. Quạ ầ ử ụng động cơ BLDC [16]
t tr n s d ................................................. 11
Hình 1.13. Hình dạng lõi củ ộng cơ BLDC [46]
a đ .................................................. 14
Hình 1.14. S i hi u su t theo s c c [49]................................................... 14
ự thay đổ ệ ấ ố ự
Hình 1.15. Mô men điệ ừ ổ ế ợ ữ ố rãnh và cự
n t thay đ i khi k t h p gi a s c [48]............. 15
Hình 1.16. Vi phân phầ ử đơn vị ậ
n t v t liệ ừ
u t ................................................. 17
[54]
Hình 1.17. Khối vi phân theo đơn vị độ dài phầ ử ậ
n t v t liệ ừ
u t [54] ...................... 17
Hình 1.18. Khối vi phân theo thể tích phầ ử ậ
n t v t liệ ừ
u t ................................ 18
[54]
Hình 1.19. Cuộn dây đượ ấ ộ ẫ ậ
c qu n quanh m t m u v t liệ ừ
u t [54] ........................... 19
Hình 1.20. Từ trườ ộ ẫ
ng sinh ra quanh m t thanh d n [55]......................................... 19
Hình 1.21. Mô hình nguồ ừ ộn dây mang dòng điệ
n t cu n [55] ................................ 20
Hình 1.22. Từ trường đi qua khe hở không khí giữ ự
a hai c c ........................... 21
[56]
Hình 1.23. Mô hình không gian từ ẫ ở không khí [56]
d n khe h ............................... 21
Hình 1.24. Mô hình tính toán từ ẫ ở không khí
d n khe h [56]................................... 21
Hình 1.25. Đườ ứ ừ ọ
ng s c t trong rãnh (a) và phân chia hình h c (b) [57]................. 22
Hình 1.26. Ảnh hưở ề ộ ệng rãnh stator theo hệ ố
ng chi u r ng mi s Carter [58] .......... 23
Hình 1.27. h s i t s chi u r ng mi . 24
Giá trị ệ ố carter vớ ỉ ố ề ộ ệng rãnh và bước rãnh [55]
Hình 1.28. Từ trườ ậ ủ ột răng
ng t p trung c a m [55] .................................................. 25
Hình 1.29. Đặc tính B ậ
-H v t liệ ừ
u t [59]................................................................. 26

14. xii
Hình 1.30. Đồ ị ệ ữ ờ ừ hóa vớ ộ ừ hóa [59]
th quan h gi a đư ng cong t i đ t .................. 27
Hình 1.31. T n th u s theo t n s
ổ ất vật liệ ắt từ ầ ố làm việc .......................................... 27
Hình 1.32. C u t o d ng t ng c t li u s ............................................ 28
ấ ạ ạ ấm mỏ ủa vậ ệ ắt từ
Hình 1.33. Đặc tính khử ừ nam châm [59]
t ............................................................. 29
Hình 1.34. Ảnh hườ ừ ờng ngoài lên điể ệc nam châm [59]
ng t trư m làm vi ............ 30
Hình 1.35. Đặc tính vật liệu nam châm ................................................................... 31
Hình 1.36. H n t . 32
ọ các đường đẳng năng (BH)= constant trên góc phầ ừ thứ II [59]
Hình 1. .
37 So sánh giá trị tích năng lư i các lo
ợ ực đạ
ng c ại nam châm................... 33
Hình 1.38. Đặc tính khử ừ nam châm ệ ộ
t Ferrite theo nhi t đ ........................... 34
[59]
Hình 1.39. Trạng thái nam châm với mật độ ừ dư (a), lự ừ
t c kháng t (b) ................ 35
Hình 1.40. Đặc điểm đườ ừ dư nam châm vĩnh cử ệ ộ
ng t u theo nhi t đ ............. 36
[62]
Hình 1.41. S u [62] ................ 37
ự dao động quanh điểm làm việc nam châm vĩnh cử
Hình 1.42. Nam châm vĩnh ử ạ ối (a) và mô hình mạ ừ ế
c u d ng kh ch t thay th .... 38
(b)
Hình 1.43. M t s d ... 38
ộ ố hình dạng nam châm vĩnh cửu được sử ụng trong động cơ.
Hình 1.44. Hình dạng nam châm vĩnh cửu đượ ử ụng trong động cơ BLDC
c s d .... 39
Hình 1.45. Cấu trúc mạch từ nam châm vĩnh cử ớ
u v i khe hở không khí đều [63] . 39
Hình 2.1. Các vùng năng lượ ữa nam châm và rãnh stator [68]
ng gi ....................... 43
Hình 2.2. S t ng x ....................................................... 45
ự phân bố ừ hóa dọc theo hướ
Hình 2.3. Cấu trúc của động cơ PM từ trường hướng tâm [68] .............................. 47
Hình 2.4. So sánh mật độ ừ thông khe hở không khí (ωt = 0
t 0
) [68]....................... 48
Hình 2.5. So sánh mật độ ừ thông khe hở không khí (ωt = 1
t 0
) [68]....................... 49
Hình 2.6. So sánh mật độ ừ thông khe hở không khí (ωt = 2
t 0
) [68]....................... 49
Hình 2.7. So sánh mật độ ợ ở không khí (ωt = 4
thông lư ng khe h 0
) [68]................. 49
Hình 2.8. Sơ đồ ải ¼ động cơ BLDC 12 rãnh, 16 cự
tr - c........................................ 50
Hình 2.9. Đườ ử ừ nam châm vĩnh cử
ng kh t u .......................................................... 50
Hình 2.10. M ch t - 12 6 c c ...................... 51
ạ ừ tương đương động cơ BLDC rãnh, 1 ự
Hình 2.11. M ch t n ph n ng ph n ng .... 53
ạ ừ tương đương rút gọn khi chưa xét đế ả ứ ầ ứ
Hình 2.12. M d BLDC................................. 53
ặt cắt nam châm sử ụng trong động cơ
Hình 2.13. T ng t i ph
ừ trườ ại điểm làm việc nam châm vớ độ ủ  khác nhau, khi
gôn ừ ỏ
g t rotor m ng ................................................................................................... 55

15. xiii
Hình 2.14. T ng t ph
ừ trườ ại điểm làm việc nam châm với độ ủ  khác nhau, khi
gông từ dày
rotor ...................................................................................................... 55
Hình 2. .
15 Đường đi của từ thông khi chưa xét đế ả ứ ầ ứ
n ph n ng ph n ng................ 55
Hình 2. .
16 Mô hình động cơ BLDC rotor ngoài với chiề ộ ệ là 6mm
u r ng mi ng rãnh
.................................................................................................................................. 56
Hình 2.17. Từ trườ ại điểm làm việc nam châm (B
ng t m) và tạ ở không khí
i khe h
(Bg) ng v chi u r ng ng r 6 mm .................................................... 57
tương ứ ới ề ộ miệ ãnh
Hình 2.18. M ch t n ph n ng ph n ng............. 57
ạ ừ tương đương rút gọn khi xét đế ả ứ ầ ứ
Hình 2.19. M ng ph n ng ph n ng kh t trong
ật độ và dòng từ thông tương ứ ả ứ ầ ứ ử ừ
động cơ BLDC 12 rãnh,16 cự
- c .............................................................................. 58
Hình 2.20. M t kh
ật độ ừ thông tại điểm làm việc nam châm theo thông số ảo sát
b ng 2.3 (---: B qua ph n ng ph n ng; n ph n ng ph n ng kh
ả ỏ ả ứ ầ ứ —: Có xét đế ả ứ ầ ứ ử
t ).............................................................................................................................. 60
ừ
Hình 2.21. M t kh i b ng
ật độ ừ thông tại điểm làm việc tương ứng thông số ảo sát tạ ả
2.3 n ph n ng ph n ng kh t ) .................................................................. 60
(xét đế ả ứ ầ ứ ử ừ
Hình 2.22. M t kh
ật độ ừ thông tại điểm làm việc nam châm theo thông số ảo sát
b ng 2.3. ( : B qua ph n ng ph n ng; n ph n ng ph n ng tr
ả --- ỏ ả ứ ầ ứ —: Có xét đế ả ứ ầ ứ ợ
t ).............................................................................................................................. 61
ừ
Hình 2.23. M t kh i b ng
ật độ ừ thông tại điểm làm việc tương ứng thông số ảo sát tạ ả
2.3 (xét đế ả ứ ợ ừ
n ph n ng tr t ).................................................................................... 61
Hình 2.24. Đặc tính dòng điện và mô men khởi động theo thông số ảo sát bả
kh ng
2.3. ............................................................................................................................ 61
Hình 2.25. M t p............ 62
ật độ ừ thông tạ ểm làm việc nam châm ở
i đi chế độ xác lậ
Hình 2.26. Phân bố ật độ ừ thông tại điểm làm việc nam châm ở ế độ xác lậ
m t ch p.
.................................................................................................................................. 62
Hình 2.27. M t ............. 62
ật độ ừ thông tạ ểm làm việc nam châm ở
i đi chế độ quá độ
Hình 3.1. V p m .. 64
ị trí tương đối giữa nam châm và răng stator sinh mô men đậ ạch
Hình 3.2. Các giai đoạ điển hình ủ ỳ đậ ạ
n c a chu k mô men p m ch........................... 67
Hình 3.3. Từ trườ ản trong rãnh và g ản đồ đườ đi từ thông
ng t i ng .......................... 68
Hình 3.4. Giá trị mô men đậ ạ ề ộ ệng rãnh và độ ủ
p m ch theo chi u r ng mi ph nam
châm.......................................................................................................................... 68

16. xiv
Hình 3.5. Giá trị mô men đậ ạ ớ ất và nhỏ ấ
p m ch l n nh nh t củ ộng cơ BLDC
a đ ....... 69
( p m ng v i b
---: Mô men đậ ạch ứ ớ s0=4m p m ch ng v
m và α=0,8; —: Mô men đậ ạ ứ ới
bs0=2mm và α=0,7)................................................................................................... 69
Hình 3.6. M t
ậ ộ
t đ ừ thông khe hở không khí động cơ BLDC theo bs0 ............ 69
và α
Hình 3.7. T nh m
ố ộ
c đ đị ứ ộng cơ BLDC theo b
c đ s0 ....................................... 70
và α
Hình 3.8. M t
ậ ộ
t đ ừ thông trong động cơ BLDC tại bs0=2mm và α=0,7 ................ 70
Hình 3.9. Phân bố ừ trườ ở không khí theo góc điệ
t ng khe h n................................. 72
H 3. .
ình 10 Mô men đậ ạ ến đổ ới độ ủ nam châm α= 0,5
p m ch theo bi i Fourier v ph 74
H 3.11.
ình Mô men đậ ạ ến đổ ới độ ủ nam châm α= 0,75
p m ch theo bi i Fourier v ph
.................................................................................................................................. 74
H 3.12.
ình Mô men đậ ạ ến đổ ới độ ủ nam châm α= 1
p m ch theo bi i Fourier v ph ... 74
Hình 3. .
13 Đặc tính mô men tốc độ góc trong động cơ BLDC ứ ới giá trị α và
ng v
t ................................................................................................. 75
ố ộ
c đ đặt khác nhau
Hình 3.14. Đặc tính tố ộ động cơ ớ ộ ủ nam châm α=
c đ BLDC v i đ ph 0,5-1........... 75
Hình 3.15. Đặc tính mô men cơ động cơ BLDC vớ ộ ủ nam châm α= 0,5
i đ ph -1.. 75
Hình 3.16. Đặc tính mô men đậ ạch động cơ BLDC theo độ ủ nam châm α=
p m ph
0,5-1.......................................................................................................................... 76
Hình 3.17. Đặc tính dòng điện (mA) động cơ BLDC theo độ ủ nam châm α= 0,5
ph -
1 ................................................................................................................................ 76
Hình 3.18. So sánh công suất điện động cơ BLDC theo độ ủ nam châm α= 0,7 và
ph
α= 1........................................................................................................................... 76
Hình 4.1. Lưu đồ ế ế động cơ BLDC
thi t k ............................................................... 82
Hình 4.2. Lưu đồ ật toán thiế ế ả ỏ ều cao hướ ụ
thu t k gi m nh chi ng tr c stator ........... 83
Hình 4.3. Chuyển hóa năng lượng trong động cơ điện............................................ 84
Hình 4.4. Cấu trúc rãnh quả lê................................................................................. 87
Hình 4.5. C .......................................................................... 88
ấu trúc rãnh hình thang
Hình 4.6. Mô hình minh họ ừ thông tản trong các rãnh stator
a t [58]...................... 89
Hình 4.7. Mô hình tổng quát từ thông tản rãnh hình thang ..................................... 90
Hình 4.8. Mô hình quy đổi bối dây từ Tp .......................... 92
vòng dây trên một răng
Hình 4.9. Mô hình quy đổ ể tính điệ ả
i đ n c m tả ần đầ ố
n ph u cu i.............................. 92
Hình 4.10. Lưu đồ ậ ểm tra η và k
thu t toán ki E ........................................................ 94

17. xv
Hình 4.11. Sơ đồ dây quấn động cơ BLDC ã ự
- 12 r nh, 16 c c................................. 96
Hình 4.12. Thu t k t qu
ật toán thiế ế và kế ả tính toán động cơ BLDC theo thông số
b ng 4.2 .................................................................................................................. 101
ả
Hình 4.13. Thuật toán thiế ế và kế ả tính toán động cơ BLDC ệ
t k t qu sau khi hi u
chỉnh thông số kE ........................................................................................... 102
và η
Hình 4.14. Động cơ BLDC thiế ế trên môi trườ
t k ng RMxprt ............................... 103
Hình 4.15. Động cơ BLDC thiế ế trên môi trườ
t k ng Maxwell 2D........................ 103
Hình 4.16. M t i khe h
ật độ ừ thông tạ ở không khí theo Dor.................................... 104
Hình 4.17. M t
ật độ ừ thông tại gông rotor theo Dor............................................... 105
Hình 4.18. M t
ật độ ừ thông tại răng stator theo Dor............................................... 105
Hình 4. .
19 Kích thướ ạ ừ stator đượ ế ạ thông số ở ụ ụ
c m ch t c ch t o theo ph l c 5 .... 106
Hình 4.20. Đặc tính mô men và tốc độ động cơ BLDC đượ ế ế tương ứ ớ
c thi t k ng v i
giá trị 187,5 rpm ..................................................................................................... 106
Hình 4.21. Đặc tính dòng điện, điện áp động cơ thiế ế tương ứ ớ ố ộ
t k ng v i t c đ 187,5
rpm.......................................................................................................................... 107
Hình 4.22. Đặc tính công suất cơ, công suất điệ ệ ất động cơ tương ứ ớ
n, hi u su ng v i
t 187,5 rpm..................................................................................................... 107
ố ộ
c đ
Hình 4.23. M t i khe h ng v i t 187,5 rpm
ật độ ừ thông tạ ở không khí tương ứ ớ ốc độ
t .................................................................................... 107
ại thờ ểm t=0s và t=0,7s
i đi
Hình 4.24. M t ng v i t 187,5 rpm
ật độ ừ thông trên động cơ BLDC tương ứ ớ ốc độ
................................................................................................................................ 108
Hình 4.25. C ........... 108
ấu trúc cực từ động cơ BLDC: (a) Nguyên bản; (b) Vát mép
Hình 4.26. Đặc tính mô men, tốc độ động cơ thiết kế ớ ố ộ
v i t c đ 187,5 rpm ........ 108
Hình 4.27. Đặc tính dòng điện, điện áp độ cơ thiế
ng t k i t
ế ớ
v ốc độ 187,5 rpm.... 109
Hình 4.28. Đặc tính công suất cơ, công suất điệ ệ ất động cơ vớ ốc độ
n, hi u su i t
187,5 rpm................................................................................................................ 109
Hình 4.29. M t i khe h v t 187,5 rpm t i th
ật độ ừ thông tạ ở không khí ới ốc độ ạ ời điểm
t=0s t=0,7s.......................................................................................................... 109
và
Hình 4. .
30 So sánh đặc tính mô men, dòng điện trước và sau khi vát mép cực stator
................................................................................................................................ 110
Hình 4.31. Sơ đồ nguyên lý đo đặc tính B H thép Posco 1300 [20]
- ..................... 111

18. xvi
Hình 4.32. Quá trình chế ạo lõi thép và đo thự ệ ặc tính B
t c nghi m đ -H................ 112
Hình 4.33. Đặc tính B ộ ừ ẩm tương đố
-H và đ t th i của thép C45.......................... 114
Hình 4.34. Đặc tính B ộ ừ ẩm tương đố
-H và đ t th i của thép Posco 1300 .............. 114
Hình 4.35. Chế ạ ạ
t o m ch từ ấ
stator và dây qu n..................................................... 115
Hình 4.36. Chế ạo gông từ ắn nam châm hình thành rotor
t rotor và g ................... 115
Hình 4.37. L - c....... 115
ắp ráp hoàn thiện động cơ BLDC rotor ngoài 12 rãnh, 16 cự
Hình 4.38. Động cơ BLDC nguyên mẫ ới độ ủ nam châm α=
u v ph 1................... 116
Hình 4.39. Động cơ ế ạ ự ệ
BLDC ch t o th c nghi m vớ ộ ủ nam châm α=
i đ ph 0,7 ... 116
Hình 5.1. Phân bố năng lượ ừ tính vô hướ ọ ề ặ
ng t ng d c theo b m t stator [68] ....... 127
Hình 5.2. So sánh từ trường vô hướ ọ ề ộ ệng rãnh khi có hiệ
ng d c theo chi u r ng mi n
tượ ể ế
ng chuy n ti p N-S [68].................................................................................... 133
Hình 5.3. So sánh từ trường vô hướ ọ ề ộ ệng rãnh khi có hiệ
ng d c theo chi u r ng mi n
tượ ể ế ệng rãnh [68]
ng chuy n ti p S-N qua mi .......................................................... 134
Hình 5.4. So sánh mật độ ừ ạ ở không khí (s = 0)
t thông t i khe h ........................... 134
Hình 5.5. So sánh mật độ ừ thông khe hở không khí (s = 0,2)
t ............................. 135
Hình 5.6. So sánh mật độ ừ thông khe hở không khí (s = 0,5)
t ............................. 135
Hình 5.7. So sánh mật độ ừ thông khe hở không khí (s = 1)
t ................................ 135

19. 1
MỞ ĐẦU
✓ Lý do chọn đề tài
Ngày nay khi mối quan tâm về môi trường tăng lên, động cơ điện có hiệu suất
cao luôn iện
được tìm kiếm để đáp ứng đối với hệ thống truyền động đ tiết kiệm
năng lượng. Một nghiên cứu được công bố vào năm 2008 đã chỉ ra rằng động cơ
điện chiếm 65% năng lượng tiêu thụ trên toàn thế giới Do đó, việc sử dụng các
.
[1]
động cơ điện có hiệu suất cao chẳng hạn như động cơ điện nam châm vĩnh cửu gần
đây đã nhận được sự quan tâm lớn.
Động c u o r
ơ nam châm vĩnh cử không có cuộn dây r to nên tổn thất đồng thấp hơn
và có hiệu suất cao hơn so với động cơ cảm ứng. Đối với các ứng dụng tốc độ thấp,
dưới 500 vòng phút, động cơ nam châm vĩnh cửu
/ có thể không cần hộp số.
Theo truyền thống, để điều chỉnh tốc độ và mô men của hệ truyền động thì sử
dụng động cơ cảm ứng kết hợp với hộp số. Tuy nhiên hệ truyền động này có nhược
điểm gây ra tiếng ồn, tốn kém vật tư nhân công bảo dưỡng và hiệu suất truyền động
,
thấp. Do đó việc loại bỏ hộp số là cần thiết, để chuyển sang hệ thống truyền động
trực tiếp sử dụng động cơ nam châm vĩnh cửu ghép trực tiếp với tải đáp ứng tốc độ
thấp (hoặc tốc độ cao).
Hệ truyền động trực tiếp có một yêu cầu quan trọng là chất lượng mô men điện
từ mô
xung
được tạo ra phải có giá trị gợn men nhỏ nhất để đảm bảo hệ thống hoạt
động trơn tru, tiếng ồn và rung lắc. Các gợn xung mô động cơ
thấp ít men trong
điện nói chung là do các sóng điều hòa phụ thuộc thời gian và không gian của từ
trường khe hở không khí gây ra điều hòa hụ thuộc không gian còn được gọi
. Sóng p
là mô men đập mạch , sinh ra bởi sự tương tác giữa nam châm vĩnh
(cogging torque)
cửu và rãnh stato Như vậy, mô men đập mạch là một hiện tượng cố hữu trong
r .
[2]
động cơ nam châm ĩ cửu có rãnh.
v nh
Mô men đập mạch ảnh hưởng đến việc tăng và giảm tốc độ động cơ trong từng
thời điểm. Nó là một trong những nguồn tạo ra gợn xung mô men không mong
muốn làm
khi ,
gây ra tiếng ồn rung động âm thanh, biến dạng sóng điều hòa và mài
mòn .
vòng bi ở tốc độ thấp [3] Do đó vấn đề phải giảm thiểu mô men đập mạch để
nâng cao hiệu năng động cơ nam châm vĩnh cửu bằng cách phân tích, tính toán các
thông số ra mô men đập mạch hoặc thiết kế động cơ theo công nghệ mới. Một
tạo
trong những cách nâng để nghiên cứu, chính là
cao hiệu năng động cơ được áp dụng
phân tích, tính toán và lựa chọn các thông số tốt nhất thiết kế. Như vậy đề tài
khi
“Nghiên cứu cải thiện chất lượng mô men động cơ BLDC rotor ngoài trong
truyền động trực tiếp” là hết sức cần thiết trong bối cảnh này.
✓ Mục đích của luận án
- Nghiên cứu ảnh hưởng chiều rộng miệng rãnh (bs0), tỷ số cung cực trên bước
cực độ phủ nam châm) đến mô men đập mạch ở động cơ rotor ngoài,
(α - BLDC
nam châm có mật độ từ dư nhỏ (
Ferrite 
   
 ).

20. 2
- Nghiên cứu sự tác động của phản ứng phần ứng đến nam châm trong quá trình
xác lập và quá độ, đó đưa ra phương án hiệu chỉnh số vòng dây để đảm bảo động
từ
cơ vận hành tin cậy Xác định tỷ lệ chiều dài hướng trục stator và rotor sao cho phù
.
hợp với nam châm.
- Đề xuất giá hai thông số chiều rộng
trị miệng rãnh (bs0), (
độ phủ nam châm α)
phù hợp thiết kế động cơ rotor ngoài để giảm men đập mạch
trong BLDC mô .
✓ Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
- Ý nghĩa khoa học:
Xây dựng lưu đồ thiết kế với các vòng hiệu chỉnh bằng phương trình toán và kết
quả mô phỏng phản ánh tương đối chính xác chế độ làm việc xác lập của động cơ.
Sử dụng chuỗi Fourier như một công cụ để ân tích mật độ từ thông tại khe hở
ph
không khí với giá trị độ phủ nam châm được lựa chọn tối thiểu các sóng hài
một , sẽ
bậc cao, từ đó giảm được mô men đập mạch.
- Ý nghĩa thực tiễn:
Chế tạo h động cơ theo quan điểm thiết kế của luận án và thử ghiệm
ai mẫu n
thành công trong dải tần số từ 7 Hz đến 25 Hz. Các kỹ sư có thể dụng lưu đồ
,2 sử
thiết kế BLDC rotor ngoài luận án đề xuất để tính toán, thiết kế và điều chỉnh
do
cấu trúc động cơ phù hợp với yêu cầu thực tế.
✓ Đối tượng nghiên cứu
Động cơ BLDC rotor ngoài, công suất 38 W, tải (cánh quạt) nối trực tiếp, lưu
lượng gió 230 m3
/1 phút, 9 cấp tốc độ ứng với dải tần số từ 7,2 Hz đến 25 Hz.
✓ Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu giảm mô men đập mạch động cơ BLDC rotor ngoài khi xét đến các
yếu tố miệng rãnh, độ phủ nam châm và thực nghiệm chế tạo động cơ
chiều rộng
công suất 38 W.
✓ Phương pháp nghiên cứu
- t: T ng h p tham kh c t .
Nghiên cứu lý thuyế ổ ợ , ảo tài liệu trong nước và quố ế Đặt
ra bài toán, xây dựng và mô hình hóa động cơ.
- Sử dụng phương pháp mạch từ tương đương và giải tích để nghiên cứu tính
toán tại
xác định mật độ từ thông .
điểm làm việc nam châm Áp dụng phương pháp
PTHH ph n m Ansys Maxwell
trên ầ ềm để mô phỏng các đặc tính điện từ ở chế độ
tĩnh và động.
- ,
Thực nghiệm chế tạo và kiểm chứng. Đánh giá ưu nhược điểm mô hình và đề
xuất.

21. 3
✓ Các kết quả (mới) dự kiến sẽ đạt được
- nh h s K
Xác đị ệ ố n-α thông qua phân tích chuỗ ến không gian đề
i Fourier theo bi ,
xu h u r ng mi
ất giá trị ai thông số chiề ộ ệng rãnh (bs0) và độ ủ nam châm (α) trong
ph
thi t k
ế ế ảm mô men đậ ạ
gi p m ch ở động cơ BLDC rotor ngoài.
- u th
Biể ức tính toán từ trường nam châm trong động cơ BLDC rotor ngoài có
xét đế ầ ứ ầ ứ
n ph n ng ph n ng.
- xu t thu gi u v u ch t o stator,
Đề ấ ật toán thiết kế ảm thiể ật liệ ế ạ gông rotor phù hợp
v u m t gi m kh ng
ới đặc tính làm việc của nam châm vĩnh cử ật độ ừ dư thấp để ả ối lượ
động cơ khi các giá trị ất, mô men không thay đổ
công su i.
✓ Kết cấu của luận án bao gồm
Chương 1: ổ
T ng quan.
Giới thiệ ề động cơ
u v BLDC s d ng trong truy ng tr c ti p. d n m t s
ử ụ ền độ ự ế Chỉ ẫ ộ ố
công trình trong nước và quố ế đã được nghiên cứ ả ế ộ ố ấn đề ủ
c t u, gi i quy t m t s v c a
động cơ và nhữ ồ ạ ạ
ng t n t i còn l i.
Giớ ệ hân tích tính chấ
i thi u, p t v t li u d n t ch t nam
ậ ệ ẫ ừ và mô hình tính toán mạ ừ
châm vĩnh cửu.
Chương : Mô hình mạ ừ động cơ
2 ch t .
BLDC
i thi i s d ch chuy n c a c c t
Giớ ệu mô hình toán khi xét tớ ự ị ể ủ ự ừ đi qua miệng rãnh
stator trong động cơ BLDC.
Trình bày sự tương đồ ữ ạch điệ ớ ạ ừ. Sau đó cho phép đơn giả
ng gi a m n v i m ch t n
hóa tính chấ và quy đổ nam châm trở thành nguồ ừ ắ ớ ừ
t i n t thông m c song song v i t
tr th
ở để tính ụ
toán c ể ậ ộ ừ thông nam châm sinh ra tạ ở không khí.
m t đ t i khe h
Chương : Mô men đậ ạ trong động cơ BLDC.
3 p m ch
Làm rõ khái niệ ề men đậ ạch trong động cơ BLDC và phân tích cơ sở
m v mô p m
sinh mô đậ ạ ự ệ ảm mô men đậ ạ trong động cơ khi xét
men p m ch. Th c hi n gi p m ch
t ng c ph u r ng ng r qua vi
ới ảnh hưở ủa độ ủ nam châm, chiề ộ miệ ãnh thông ệc phân
tích chu i lư
ỗ ợng giác Fourier theo biến không gian.
Giá trị mô men đậ ạ đượ ả có ý nghĩa quan trọ đố ới các ứ ụ
p m ch c gi m ng i v ng d ng
truy t.
ền độ ự
ng tr c tiế yêu cầ ế ồ động cơ ở ứ ấ ấ
p khi u ti ng n m c th p nh
Chương ế ế, mô phỏng và thự ệ
4: Thi t k c nghi m.
X b ng c n
ác định kích thước hình học động cơ BLDC ằ ác bước tính chọ thông số
cơ bả , nam châm, dây quấn, kích thướ ã ế ả tính toán ải tích đượ ể
n c r nh. K t qu gi c ki m
nghi ng n m m Ansys Maxwell.
ệm thông qua mô phỏ trên phầ ề
Xây dự lưu đồ ật toán thiế ế ới các vòng hiệ ỉ và đề ấ giá trị
ng thu t k v u ch nh xu t
chiều cao hướ ụ stator phù hợ ớ nam châm Ferrite có mật độ ừ dư ấ để
ng tr c p v i t th p,
ti t ki m v t li t t th
ế ệ ậ ệ ắ
u s ừ ế ạ
. Ch t o ự ệ nguyên chiế động cơ BLDC
c nghi m c .

22. 4
Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu
Động cơ điệ là loại máy phổ ế ấ ộ ống hàng ngày ố ợ
n bi n nh t trong cu c s . S lư ng
chủ ạ
ng lo i thu
động cơ ệ tăng lên theo sự phát triể ủ ọ ỹ
đi n n c a khoa h c, k ật và công
ngh . n c s d ng trong d t r ng t mW (
ệ Động cơ điệ đượ ử ụ ải công suấ ộ ừ máy vi cơ) đến
1,7 GW .
[4]
Động cơ điệ được phân loại thành động cơ điệ ộ ề động cơ điệ
n n m t chi u, n xoay
chi c
ều và các dạ động cơ điệ khác (hình 1.1 ạ
ng n ). Ba lo i động cơ này vẫ đượ
n ứng
d ng r i s y n
ụ ộng rãi trong công nghiệp và đờ ống hàng ngày. Mặc dù vậ động cơ điệ
có chổ ừ máy nhỏ) đã dầ ị ạ ỏ và thay thế ằ động cơ điệ
i than (tr n b lo i b b ng n nam
châm vĩnh cử ậ ỷ ần đây.
u trong hai th p k g
Hình 1.1. Phân loại động cơ dựa trên ồ ấp dòng điệ
ngu n cung c n AC / DC
S n b n y b u t
ự tiế ộ trong công nghệ động cơ điệ được thúc đẩ ởi các yế ố như: lĩnh
v ng d ng m t b n t v t li u d n t nhu c u ti t ki
ực ứ ụ ới, thiế ị điệ ử công suất, ậ ệ ẫ ừ và ầ ế ệm
năng lượ cùng vớ ững thách thứ công nghệ đó động cơ nam châm
ng i nh c trong . Do
vĩnh cửu đang đượ ứ ụ ề ệ ống điề ể ển động và nhạ
c ng d ng nhi u trong h th u khi n chuy y
c ng n.
ảm với tiế ồ
Động cơ nam châm vĩnh cửu đượ ạ
c phân thành hai lo i :
[5]
+ Độ cơ đượ ấ ồ ới điện áp hình sin
ng c c p ngu n v .
+ Động cơ đượ ấ ồ ới điện áp hình thang ặ hình vuông.
c c p ngu n v ho c
Động cơ đượ kích thích ằng các dạng sóng hình sin ba pha (hình 1.2 (a)) ạ
c b , ho t
động trên nguyên tắ ừ ờ Chúng đượ ọ động cơ đồ ộ
c t trư ng quay. c g i là ng b nam
châm vĩnh cử ấ ả các cuộn dây pha dẫn dòng điện trong cùng mộ
u (PMSM). T t c t
thờ ể ấ ạ điển hình ủ như hình
i đi m. C u t o c a PMSM 1.3.

23. 5
(a) (b)
Hình 1.2. D u PM
ạng sóng kích thích cơ bản cho động cơ xoay chiề
nh t
(a) hình sin và (b) hình chữ ậ
Hình 1.3. C u t o a PMSM
ấ ạ điển hình củ
Động cơ đượ ấ ạng sóng ba pha ệ
c cung c p d l ch nhau 1200
độ điện nhưng các
d nh t ho h
ạng sóng này là hình chữ ậ ặc hình thang như ình 1.2 (b). Hình dạng như
v c t o ra khi s c t ng ph n ng b i v
ậy đượ ạ ứ ừ độ ầ ứng (MMF) được đồ ộ chính xác vớ ị trí
t c th i c a ro r ] cung c o r d ng c
ứ ờ ủ to [2 . Phương pháp ấp thông tin vị trí r to là sử ụ ảm
bi n v . i b t k
ế ị trí góc gắn trên trục động cơ Chỉ có hai cuộn dây pha dẫn dòng tạ ấ ỳ
thời điểm nào. Sơ đồ điề ể ặ ể ạch điệ ử như vậ ề ặ ứ
u khi n ho c chuy n m n t y v m t ch c
năng tương đương vớ ể ạch cơ học trong động cơ điệ ộ ề có chổ
i chuy n m n m t chi u i
than. Điều này giải thích tại sao động cơ kích từ sóng vuông đượ ọi là động cơ
c g
điệ ộ ều không chổ ử
n m t chi i than nam châm vĩnh c u ( ).
BLDC

24. 6
Hai lo hi u su
ại động cơ nam châm vĩnh cửu này khác nhau về ệ ất và khả năng
điề ển. Trong nghiên cứu này, tác giả ấ ạnh vào động cơ ộ ề không
u khi nh n m m t chi u
chổ than nam châm vĩnh cử
i u.
1.1.1. m u c u (BLDC)
Động cơ ột chiề không chổi than nam châm vĩnh ử
Động cơ BLDC có cấu trúc phù hợp cho các ứ ụng khác nhau. Ba cấu trúc cơ
ng d
b n c o r trong, ro r t k d
ả ủa động cơ BLDC là r to to ngoài và thiế ế ạng đĩa có khe hở
d v i nhi u ki u qu ng c nhau [6]
ọc trục, ớ ề ể ấn dây và hình dạ ực từ khác . Các nam châm
có thể ở ạ ả vòng cung hoặc đĩa vớ ều hình dạng khác nhau và chúng có
d ng d i, i nhi
thể được từ hóa trướ ặ
c ho c không.
C BLDC ro r n gi ng v ng b xoay
ấu trúc động cơ to bên trong gầ ố ới động cơ đồ ộ
chi a ki
ề tương tự như củ ộng cơ cả
u. Stator a đ m m c
ứng ba pha. Ưu điể ủ ểu rotor bên
trong là tỷ ệ ắn/quán tính cao. Do đó, nó đượ ử ụ ộng rãi trong
l mô men xo c s d ng r
các hệ ố ả có yêu cầu tăng, giả ố độ nhanh chóng. Hầ ết các
th ng servo, khi t i m t c u h
động cơ r bên trong là ba pha ặ ề ằ ảm các sự ố ởi độ
o r
to ho c nhi u pha nh m gi c kh ng
liên quan đến động cơ mộ có thể ự ồ ặ ộn dây phân tán.
t pha. Stator là c c l i ho c cu
Hình 1.4 minh họ ộng cơ BLDC ba pha bố ự ể bên trong.
a đ n c c ki u ro r
to
Hình 1.4. C u t o o r
ấ ạ động cơ BLDC r to bên trong
Động cơ BLDC rotor ngoài ớ ệ ất cao và hệ ố công suấ ớn có triể
v i hi u su s t l n
v ng t ng d ng truy ng tr c ti n,
ọ ốt trong lĩnh vực ứ ụ ền độ ự ếp như rô bốt di động, xe điệ
s n xu qu l nh .
ả ấ ện gió,
t đi ạt điện, máy giặt, tủ ạ [7], [8]
N u ng d u t k i t s d ng
ế ứ ụng yêu cầ ở ốc độ hông đổ ừ trung bình đến cao, có thể ử ụ
c u t o ro r bi u di n m t c m t chi
ấ ạ to bên ngoài. Hình 1.5 ể ễ ặ ắt động cơ ộ ều không chổi
than nam châm vĩnh cử bên oài điển hình.
u ro r
to ng

25. 7
Hình 1.5. C u t o o r
ấ ạ động cơ BLDC r to bên ngoài
Ứ ụ ọ ất đố ới động cơ r bên ngoài là các truyền độ
ng d ng quan tr ng nh i v o r
to ng
trự ếp như quạt, máy thổi, động cơ trục chính ổ đĩa cứ ữ ứ ụ
c ti ng HDD. Nh ng ng d ng
này yêu cầ ốc độ ất đều và không đổ ậ quán tính cao củ bên ngoài là
u t r i, do v y a ro r
to
một lợi thế để đạt được điều này.
Ngoài ra động cơ BLDC còn đượ ử ụ cho các phụ ải yêu cầ ốc độ
c s d ng t u t quay
tương đố ấ như: máy ghi âm, máy nghe nhạ ổ đĩa CD và ổ đĩa mề
i th p c VCR, m cho
máy tính Để đáp ứ ới các phụ ải trên ời ta thườ ế ế động cơ
. ng v t ngư ng thi t k BLDC
có khe h c đ
ở ọ
d c trục hoặ ộng cơ có stator ạng đĩa (hình 1.6).
d
Hình 1.6. C u t o u t ng d c tr c
ấ ạ động cơ BLDC kiể ừ trườ ọ ụ
Ưu điểm chính củ ững động cơ này là chi phí thấp, hình dạ ẳng và quay
a nh ng ph
trơn tru. Việ ự ọ ại động cơ là quyết đị ế ế cơ bả ất, vì giá thành
c l a ch n lo nh thi t k n nh
c n l nam
ủa nam châm tương đối cao, cùng với các vấn đề liên quan đế ắp ráp, giữ
châm và cuộn dây. Tuy nhiên, cho đế ẫn chưa xác định đượ ấ ạ nào nên
n nay v c c u t o
đượ ử ụng để ối đa hóa mật độ năng lượ ệ ất và ế ồ ủa động cơ
c s d t ng, hi u su ti ng n c
[9]. Để nghiên cứ ỹ ỡng công nghệ động cơ BLDC nam châm vĩnh cử ầ
u k lư u, c n

26. 8
ph i c a t ng c m t, hi u su
ải nghiên cứu giá trị tương đố ủ ừ ấu hình về ật độ công suấ ệ ất
và mứ ộ ồ
c đ rung/ n.
1.1.2. u khi n c
Đặc điểm điề ể ủ ộng cơ BLDC
a đ
Để động cơ BLDC hoạt độ đượ ả ộ điề ển điệ ử Các cuộn dây
ng c ph i có b u khi n t .
pha n c n theo th t , do n t chuy n m ch trong bi n t
được ối và ấp điệ ứ ự các phầ ử ể ạ ế ần
thông qua điề ể ởi các cả ế ị trí . Do đó ứ ừ độ ủ
u khi n b m bi n v rotor s c t ng c a stator
( ) ch so v d ch chuy n s c t ng ro r ( ) m
MMF ạy trước ới ị ể ứ ừ độ to MMF ột góc không đổi.
Các thành phần cơ bả ủ ệ ố ồ ộ ồ độ và tải như
n c a h th ng bao g m b ngu n, ng cơ BLDC
hình1.7.
Hình 1.7. Các thành phầ ệ ố ền độ ử ụng động cơ BLDC
n trong h th ng truy ng s d
uy s d ng
Bộ chỉnh lưu: Ch ển đổ ện áp
i đi AC thành điện áp DC. Hoặc ử ụ trực tiếp
ngu n DC c quy ).
ồ (pin, ắ …
Nghịch lưu: Bao g n m m bi
ồm các khóa chuyể ạch bán dẫn công suất và các cả ến
dòng điện cùng mạ ả ệ. Sơ đồ ạ ịch lưu đượ ể ệ ình 1.8
ch b o v m ch ngh c th hi n trong h
cho các kế ối hình sao và hình tam giác.
t n
(a) Kết nối hình sao (b) Kết nối hình tam giác
Hình 1.8. M ch ph n c c n t n
ạ ầ ứng động cơ BLDC đượ ấp điện thông qua biế ầ

27. 9
Đố ớ ạt động điề ển động cơ BLDC, thông thường có hai bán dẫ
i v i ho u khi van n
cùng d n m van n trong bi n t n nh n l nh t m t h ng logic
ẫ ột lúc. Các bán dẫ ế ầ ậ ệ ừ ộ ệ thố
được đồ ộ hóa với các cả ế ị trí r . Hình 1.9 cho thấy trình tự ể
ng b m bi n v otor chuy n
đổ bán dẫ ạng sóng dòng điện tương ứ ớ ế ối hình sao.
i các van n cho d ng v i k t n
Trình tự ể ạ bán dẫ
chuy n m ch van n K n
ết quả các dạng sóng dòng điệ
Hình 1.9. Trình tự ể ạ bán dẫn và dạng sóng dòng điện tương ứ
chuy n m ch van ng
C m bi n v o r
ả ế ị trí r to : Phát hiệ ị trí quay của nam châm và gửi mã logic đế
n v n
b gi n m u khi n van n chuy
ộ ải mã chuyể ạch để kích hoạt các mạch điề ể bán dẫ ển đổi
ngu n c p cho cu r c t
ồ ấ ộn dây stato động cơ. Mô men động cơ đượ ạo ra thông qua sự
tương tác giữa nam châm vĩnh cửu và dòng điệ ạ ộn dây.
n ch y trong cu
Nói chung, cả ế ị trí r động cơ trong thương mại đượ ự ệ
m bi n v o r
to BLDC c th c hi n
b i b i i hi u ng Hall.
ở ộ phân giả và bộ chuyển đổ ệ ứ Những năm gần đây có nhiều
nghiên cứ ả ế ể ạ ỏ ự không ầ ế ủ ộ ể ổ ị trí. Đây đượ
u c i ti n đ lo i b s c n thi t c a b chuy n đ i v c
g u khi m bi m bi ng trong t
ọi là điề ển không cả ến. Động cơ không cả ến có thể áp dụ ủ
l ng .
ạnh, máy điều hòa không khí, quạ ện và đặ
t đi c biệ ổ
t là trong đĩa cứ [10]
Động cơ BLDC: Có c u ng d ng c
ấ trúc và kích từ khác nhau cho các ứ ụ ụ thể như
đã đề ậ ụ
c p trong m c 1.1.1.
B u khi
ộ điề ển: m v a b u khi u u
Nhiệ ụ chính củ ộ điề ển là giải mã dữ liệ đầ vào
c m bi n v u khi p cho bi n t n, v
ả ế ị trí, để điề ển điện áp cung cấ ế ầ ận hành vòng điều
khi n t
ể ố ộ
c đ và vị trí.
1.1.3. ng d ng tr p
Ứ ụng động cơ BLDC trong truyền độ ực tiế
Thông thường, các động cơ điệ có tốc độ ừ 1000 đến 3000 vòng/phút đượ ố
n t c n i
v h p gi m t u t men xo
ới ộ ả ốc, để đạt được yêu cầ ốc độ thấp và mô ắn cao (hình
1.10.a). i s xu t hi n cung c p m t gi
Ngày nay vớ ự ấ ệ động cơ BLDC rotor ngoài đã ấ ộ ải
pháp thay thế, đó động cơ ố ự ế ớ ả mà vẫn đả ả ốc độ ấp và mô
là n i tr c ti p v i t i m b o t th
men xo tri
ắ cao nên có thể
n ệt tiêu hộ ố ền động (hình 1.10.b).
p s trong truy

28. 10
Hình 1.10. a) H truy ng gi m t c; b) H truy ng tr c ti p
ệ ền độ ả ố ệ ền độ ự ế
Truyền độ ự ếp có nhiều ưu điểm hơn so vớ ền độ ộ ố ầ ớ
ng tr c ti i truy ng h p s , ph n l n
đế ừ
n t việc đơn giản hóa hệ truy
thống ền động. Nh ng l
ữ ợi thế này bao gồm ][12]:
[11
✓ Giả chi phí ảo dưỡ
m b ng.
✓ Độ ậy cao hơn và động cơ có tuổ ọ lâu hơn.
tin c i th
✓ Giả ế ồ ộ ố và các bộ ận cơ học khác củ ệ ố ề
m ti ng n - H p s ph a h th ng truy n
động như dây đai hoặc ròng rọc là nguồn gây ra tiế ồ Nên t ền độ
ng n. ruy ng
tr ti
ực ế đã khắ ục đượ ợ ể này
p c ph c như c đi m .
✓ Hiệ ả cao hơn ạ ỏ ộ ố cũng đồng nghĩa vớ ệ ạ ỏ
u qu - Lo i b h p s i vi c lo i b
ngu n t n th t ti n. T n hao trong h p s ph n l
ồ ổ ấ ềm ẩ ổ ộ ố ầ ớn sinh ra do ma sát
giữa các bánh răng.
✓ Giả ọng lượ ền độ ự ếp có thể ẹ hơn truyền độ
m tr ng - Truy ng tr c ti nh ng
thông qua hộ ố
p s .
M t s v truy ng tr c ti p s d
ộ ố ví dụ ề ền độ ự ế ử ụng động cơ BLDC rotor ngoài đã chỉ
ra bi i truy ng qua h p s .
các lợi thế khác ệt so vớ ền độ ộ ố
1.1.3.4. Máy giặt
Máy giặ ền độ ự ếp đang ầ ế máy giặt thông thườ dùng
t truy ng tr c ti d n thay th ng
động cơ điệ ộ ề ặc động cơ cả ứ ẫn độ ồ ặt thông qua dây
n m t chi u ho m ng d ng l ng gi
đai và ròng rọ .a). Ưu điểm chính của máy giặ ền độ ự ế
c (hình 1.11 t truy ng tr c ti p
( 11 n t s i than
hình 1. b) đế ừ ự triệt tiêu của dây curoa, ròng rọc và cuối cùng là chổ
c Nh ng t b ng b ph n y u c ng
ủa động cơ DC. ữ thiế ị này là nhữ ộ ậ ế ủa máy giặt và thườ
là nguyên nhân gây ra hỏng hóc.
Động cơ máy giặt dành cho thiế ị ụng thườ có công suấ ỏ hơn
t b gia d ng t nh 1 kW.
L ng gi t c / t n 1500
ồ ặ ủa máy quay khoảng 50 vòng phút trong quá trình giặ và lên đế
vòng phút hoặc cao hơn trong quá trình ắ . Do đó, động cơ truyền độ ự
/ v t [13] ng tr c
ti t
ế ủa máy giặ
p c đượ ạt độ trên mộ ả ốc độ ớn, điều này đạt đượ ằ
c ho ng t d i t l c b ng
cách hoạt động trong điề ệ ừ ờ ế Động cơ đượ ế ố ự ế
u ki n t trư ng y u. BLDC c k t n i tr c ti p
v l ng gi t s c ph ng (Back- )
ới ồ ặ . Động cơ này có dạng sóng ứ ản điện độ EMF hình
thang và đượ ấp dòng điện hình chữ ậ
c cung c nh t.

29. 11
(a) (b)
Hình 1.11. a) Máy giặt thông thường; b) Máy giặ ền độ ự ế
t truy ng tr c ti p [14]
1.1.3.5. Quạt trần
Truyền độ ự ếp có trong q ạ ầ ề ố ạt độ ựa trên độ
ng tr c ti u t tr n truy n th ng, ho ng d ng
cơ điệ không đồ ộ ề ức tiêu thụ năng lượ dao độ ừ
n ng b xoay chi u, m ng ng t 60-80W,
v l u su . u su t th
ới kích thước động cơ ớn và hiệ ất không quá 50% Vì hiệ ấ ấp nên
nhi n xu t qu nh n th y r ng n
ều hãng sả ấ ạt đã ậ ấ ằ động cơ điệ nam châm vĩnh cửu có
công suất đị ứ ấp hơn 40 ớ độ g cơ không đồ ộ mà vẫn có thể
nh m c th -50% so v i n ng b
cung c ng qu s d ng
ấp cùng một lưu lượng gió đầu ra. Điều đó có nghĩa là hệ thố ạt ử ụ
động cơ ộ ề không chổ nam châm vĩnh cử hình 1.1 có công
m t chi u i than u (BLDC- 2)
suất kho ng 30-40W s thay th m n 60-80W n ng
ả ẽ ế ức tiêu thụ điệ ở độ g cơ không đồ
b xoay chi u t s t ki c, kh
ộ ề . Đây là mộ ự tiế ệm điện năng rất lớn. Hơn nữa, kích thướ ối
lượ động cơ ẹ hơn nhiề ớ
ng BLDC nh u so v i động cơ không đồ ộ ề
ng b xoay chi u.
Tuy nhiên ạ ầ ạt độ , có thể ấ ế ồ đượ ạ do cánh
khi qu t tr n ho ng nghe th y ti ng n c t o ra
qu t c ng n t ho c
ạ ắt qua không khí. Nguyên nhân gây ra tiế ồn có thể là điệ ừ ặc cơ họ
[15]. b u khi n t c gi t,
Trong khi đó thì ộ điề ển điệ ử đượ ữ bên ngoài quạ nên không thể
góp phầ ạ ế ồ ạ Vì vậ ần nghiên cứu để ả ế ồ ừ ấ
n t o ra ti ng n trong qu t. y c gi m ti ng n t c u
t o qu ng s d ng.
ạ ạt trần để nâng cao chấ ợ
t lư ử ụ
Hình 1.12. Quạ ầ ử ụng động cơ BLDC
t tr n s d [16]

30. 12
1.1.3.3. Một số ứng dụng khác
Truyền độ ự ếp cũng trở nên phổ ến hơn trong các ứ ụng yêu cầ
ng tr c ti bi ng d u
điề ể ốc độ và vị chính xác. Các ứ ụng này bao gồm máy công cụ, bàn
u khi n t trí ng d
quay, radar, kính thiên văn…v.v.
Động cơ đượ ử ụng trong các ứ ụng này đượ ọi là động cơ
c s d ng d c g servo DC
không chổ ớ nam châm ắn trên bề ặ Động cơ có kích thướ ừ
i than v i g m t ro r.
to c t
100mm đến hơn 2m và có đường kính khe hở không khí lớ để ấ giá trị
[17] n cung c p
mô n .
men xoắ cao
1.2. Các nghiên cứu trong nước và quốc tế
M p m
ặc dù động cơ BLDC có nhiều ưu điểm như vậy, nhưng mô men đậ ạch là
m t khuy m c h u ng l n ho ng nh c a h ng
ộ ết điể ố ữ và ảnh hưở
có ớn đế ạt độ ổn đị ủ ệ thố
truy th
ền độ , đặ ệt là ở điề ệ ốc độ
ng c bi u ki n t ấ . Do đó, điề ọng là phả
p [18] u quan tr i
nghiên cứ ột phương pháp thiế ế ốt hơn để ảm mô men đậ ạ độ
u m t k t gi p m ch trong ng
cơ BLDC.
1.2.1. c
Các nghiên cứu trong nướ
Hi n t i t Nam, u v
ệ ạ ở Việ các nghiên cứ ề động cơ nam châm vĩnh cửu nói chung
và động cơ BLDC nói riêng chưa có công bố ề phương pháp giảm mô men đậ
v p
m t t k , ch t o, t u su
ạch. Các nghiên cứu đã công bố ập trung vào thiế ế ế ạ ối ưu hiệ ất
hay c ng u:
ải thiện đặc tính khở ộ
i đ , có thể tóm tắt một số nghiên cứ
Báo cáo tổ ết đề tài cấp thành phố ộ Bùi Đức Hùng ủ ệ
ng k Hà N i do TS ch nhi m và
c ng s u thi t k t o ng
ộ ự (2013) [19] đã nghiên cứ ế ế và chế ạ thành công độ cơ nam
châm vĩnh cử ấ ớ
u (PMSM) có công su t dư i 1 kW.
TS Nguyễn Vũ Thanh (2015) [20] với đề tài luận án TS: “Nghiên cứu thiết kế tối ưu
động cơ đồng bộ 3 pha nam châm vĩnh cửu (LSPMSM)”. Trong nghiên cứu, tác giả tập
trung xem xét thuật toán thiết k , ch
ế ế tạo hoàn chỉnh động cơ đồng bộ 3 pha nam châm
vĩnh cử ởi độ
u kh ng trực tiếp từ ới điệ
lư n, từ đó thực hiệ ối ưu để
n t nâng cao hiệu suất,
hệ số công suấ và giả
t  m thể tích nam châm vĩnh cửu động cơ chế ạo theo công
t
nghệ đề xuất.
TS Lê Anh Tuấ ới đề tài luận án TS: “Nghiên cứu đặc tính độ
n (2018) v
[21] ng
cơ đồ ộ nam châm vĩnh cử ởi độ ự ếp có xét đế ảnh hưở ủa bão
ng b u kh ng tr c ti n ng c
hòa mạ ừ và hiệ ứ ặ ”. Trong nghiên cứu, tác giả ập trung đánh giá
ch t u ng m t ngoài t
nh ng y u t
ữ ế ố, thông số chính ảnh hưởng đến quá trình khởi động. Tính toán đặc
tính điệ ả ừ hóa đồ ộ ọ ụ
n c m t ng b d c tr c (Lmd), ngang tr (L
ục mq) của LSPMSM có xét
đế ảnh hưởng bão hòa mạ ừ và chế ạ độ ự ệm đặc tính khở
n ch t t o ng cơ th c nghi i
độ ệ ất và hệ ố ấ
ng, hi u su s công su t.
1.2.2. gi i
Các nghiên cứu trên thế ớ
Việ ảm mô men đậ ạch đặ ệ ọng trong các hệ ố ền độ
c gi p m c bi t quan tr th ng truy ng
trự ếp, nơi không có bánh răng để ả ể ặ ấ ụ men đậ ạ
c ti gi m thi u ho c h p th mô p m ch. Đã

31. 13
có rấ ều công trình công bố ề phương pháp để ả men đậ ạ
t nhi v các gi m mô p m ch.
H t c u n nh i c a thi t k
ầu như tấ ả công trình nghiên cứ đều liên quan đế ững thay đổ ủ ế ế
động cơ như định hình nam châm, nghiêng nam châm, ề ộ ệ rãnh nhỏ
chi u r ng mi ng
hơn, tăng ỷ ệ ự ổ sung các rãnh giả làm giả ố ợ nam châm trên các
t l rãnh/c c, b m s lư ng
rãnh stato ệ ối ưu hóa ề ộ ệ rãnh stato là mộ
r 2], [23]. Vi
[2 c t chi u r ng mi ng r t trong
nh c s d ng ph bi n nh gi p m , bao
ững phương pháp đượ ử ụ ổ ế ất để ảm mô men đậ ạch
g m thi t k u r ng mi ng r p ho c th
ồ ế ế chiề ộ ệ rãnh stato thích hợ ặ ậm chí đóng kín miệng
rãnh. Tuy nhiên vớ ột lượ nam châm ất đị có thể gây ra tình
i m ng nh nh trên rotor
trạ ề ộ ệng rãnh quá hẹ ẽ khó khăn khi lắ đặ ộn dây stato
ng chi u r ng mi p s p t cu r [24]–
[26].
Hoặc có thể ả
gi m thi u
ể mô p m ch b r, t
men đậ ạ ằng cách ghép nối các răng stato ối
ưu ỷ ệ ự và độ ệ ự ệ phân đoạ ị ể đị
t l cung c c l ch ro r .
to [27] Th c hi n các n, d ch chuy n, nh
hình và ắ ế nam châm không đố ứng là mộ ố phương pháp đã được phân
s p x p i x t s
tích để ả ể men đậ ạ – a phương pháp chuyể ị
gi m thi u mô p m ch [28] [34]. B n d ch nam
châm vĩnh cử , phân đoạ nam châm vĩnh cử và phương pháp vậ ệ nam châm
u n u t li u
vĩnh cử ỗ ợp được nghiên cứu để men đậ ạ
u h n h mô p m ch [35], .
[36]
Trong [37], b p m
ốn mô hình phân tích để tính toán mô men đậ ạch được so sánh
và mô hình miề ụ được coi là mô hình chính xác nhấ nam châm
n ph t. [38]
Trong
vĩnh cử có hình ạ ổ bánh mì được đề ất và mô hình phân tích để ảm mô
u d ng xu gi
men đậ ạ được phát triể ộ ố phương pháp bao gồm phân đoạn PM, đưa
p m ch n. M t s
vào các ụ ợ đặ ệ ử ụ ầ … được nghiên cứ ặ
rãnh ph tr c bi t, s d ng rotor hai ph n v.v, u ho c
tăng cườ ả năng mô men đậ ạ ộ ố ứ ụng đặ ệ ên
ng kh p m ch cho m t s ng d c bi t . Nghi
[39]
c p m ch t o ra b i m
ứu tính năng mô men đậ ạ ạ ở ột PM đơn lẻ và đưa ra phương pháp
d gi p m [40].
ịch chuyển các cực PM theo đơn vị để ảm mô men đậ ạch
Ren và cộ ự đề ấ ể ữ V không đố ứ để ả ự hình thành
ng s xu t rotor ki u ch i x ng gi m s
mô p m ch PMSM u qu c
men đậ ạ cho động cơ rotor bên trong. Hiệ ả ủa phương pháp
này đượ ể ứng thông qua phân tích phầ ử ữ ạn và thí nghiệm nguyên
c ki m ch n t h u h
m u . N u ng c a dung sai ch t p m
ẫ [41] ghiên cứ ảnh hưở ủ ế ạo đến mô men đậ ạch ở
động cơ rotor trong và phương pháp cán quay được đề ất để ế ạo các
PMSM xu ch t
m ch t i ti n . P stator
ạ ừ stator và rotor cả ế [42] hương pháp phân tích tối ưu lệch rãnh
để ảm mô ậ ạ ợ ề ấ
gi men đ p m ch đư c đ xu t .
[43]
Wang và cộ ự. đề ấ ột phương pháp kế ợ ồm phương pháp
ng s xu t m t h p bao g
Taguchi, phương pháp luậ ề ặ ả ứng và thuật toán di truyền để ối ưu hóa
n b m t ph n t
mô p m [44]. h n ch
men đậ ạch Để ạ ế mô p m ch c o chi u t
men đậ ạ ủa máy PM đả ề ừ
thông, mộ ả ố ỏ được đưa vào giữ ề ề
t kho ng tr ng nh a hai nam châm li n k .
[45]
M u BLDC t i qu t tr n)
ột vài nghiên cứ để nâng cao hiệu năng động cơ ả ạt gió (quạ ầ
cũng đã được đề ậ ững năm gần đây. ự ệ ế ế hình dạ cánh
c p trong nh Th c hi n thi t k ng
qu gi ng v ng c gi ng .
ạt ố ới hình dạ ủa cánh máy bay để ảm tiêu thụ năng lượ [12]
Nghiên cứu đã ứ ằ ằng cách sử ụ ậ ệ ẹ hơn như thép ấ
ch ng minh r ng, b d ng v t li u nh t m
có thể ế ệ ều năng lượ ớ ậ ệ ằ ỗ ối liên hệ ữ độ ớ
ti t ki m nhi ng so v i v t li u b ng g . M gi a l n

32. 14
mô p m ch v t , t m
men đậ ạ ới ốc độ động cơ cũng đã chỉ ra ở ốc độ thấp mô en đập
m hi r t ng c a l p
ạch thể ện rõ àng còn ở ốc độ cao, quán tính làm giảm tác dụ ủ ực đậ
m . ng c r i v i hi u su c th c hi
ạch Ảnh hưở ủa hình dạng lõi stato đố ớ ệ ất động cơ đượ ự ện
b i ra r ng c u t u su
ở [46] đã chỉ ằ ả lõi tròn và lõi tối ưu đề ốt hơn trong việc tăng hiệ ất
lên tớ ớ
i 90% so v i thiế ế lõi cơ bả
t k n.
Hình 1.13. Hình dạng lõi của động cơ BLDC [46]
Hình 1.13 y b n thi r:
cho thấ ố ết kế hình dạng lõi khác nhau của stato
a. L n
õi cơ bả
b. Lõi có rãnh
c. Lõi tròn
d. Lõi tối ưu
S l a ch n t l s c n p m trong
ự ự ọ ỷ ệ ố ực và số rãnh cũng ảnh hưởng đế mô men đậ ạch
máy [47], [48] c th c hi n b i cho th ng c a s
. Nghiên cứu đượ ự ệ ở [49] ấy ảnh hưở ủ ố
lượ ực đế ệ ất động cơ, như trên hình .Fazil và K.R.Raj ế
ng c n hi u su 1.14, M agopal k t
luậ ằ ử ụ ực là lự ọ ố ất khi xét đế ệ ả và chi phí sả
n r ng s d ng 8 c a ch n t t nh n hi u qu n
xuất.
Hình 1.14. S i hi u su t theo s c
ự thay đổ ệ ấ ố ực [49]

33. 15
Việc tăng số ợ ự ẽ làm tăng chi phí sả ấ
lư ng c c s n xu t do đó ầ ải cân nhắ
c n ph c kỹ
lư trư lư
ỡng ớ ết đị ố
c khi quy nh s ợ ực đượ ử ụ ột nghiên cứu khác đượ
ng c c s d ng. M c
thự ệ ở cùng các cộ ự ỉ ố ệ ữ ố ự ố rãnh và
c hi n b i Li Zhu ng s ch ra m i quan h gi a s c c, s
đỉ ủ đậ ạ . Theo hình giá trị đậ ạ tăng lên
nh c a mô men p m ch [48] 1.15, mô men p m ch
khi t l s c
ỷ ệ ố ự ửu và số
c nam châm vĩnh c rãnh tăng lên.
Hình 1.15. M men n t i khi k t h p gi a s
ô điệ ừ thay đổ ế ợ ữ ố rãnh và cực [48]
Mô p m ng l n i v c
men đậ ạch chịu tác độ ớ đố ới góc nghiêng ủa nam châm vĩnh
c u. ng s x m i quan h gi a
ử Fazil M. và các cộ ự đã tiến hành một thí nghiệm để ét ố ệ ữ
v ch c a u nh men p m H
ị trí lệ ủ nam châm vĩnh cử ả hưởng đến giá trị mô đậ ạch. ọ đã
th m
ử ệ
nghi ở các vị góc nghiêng
trí 300
, 450
, 600
nh n th y r
và ậ ấ ằng khi góc nghiêng
tăng lên, giá trị đậ ạ ả ố ạ ế ủ ỹ ật này là
mô men p m ch gi m xu ng . H
[50] n ch c a k thu
làm cho chi phí sả ất tăng lên vì khó khăn trong việ ừ hóa hàng ạt nam châm
n xu c t lo
vĩnh cửu, tăng điệ ảm rò rỉ tăng tổ ấ phân tán và cũng làm giảm công suấ
n c , n th t t
điệ ừ ủ ột đề ất ghép nố ạ răng ớ ề ộng khác
n t c a máy [51], [52]. M xu i hai lo i v i chi u r
nhau có thể làm ảm mô men đậ ạ do đó ảm đượ ế ồ âm thanh. ế
gi p m ch, gi c ti ng n K t
qu m cho th y vi c xu t m 85% p
ả thí nghiệ ấ ệ đề ấ ghép nối răng làm giả mô men đậ
m ng ng 3,1dB [53].
ạch và tiế ồn âm thanh xuố
1.3. Các tồn tại à đề xuất nghiên cứu động cơ BLDC rotor ngoài
v
T ng h gi nh n th y r ng r
ổ ợp các nghiên cứu trong và ngoài nước, tác ả ậ ấ ằ có ất
nhi u gi p m m
ề phương pháp nghiên cứu để ảm mô men đậ ạch ở động cơ BLDC nhằ
nâng cao hiệu năng của máy ằng cách tối ưu các thông số ế ế ở
b thi t k stator và rotor.
Thông thường, các phương pháp hiệ ả để ảm mô men đậ ạ ủ
u qu gi p m ch c a PMSM
nói chung và BLDC nói riêng bao gồm nghiêng rãnh, nghiêng nam châm, định hình
nam châm, ề dày nam châm không bằ ấu trúc răng lệch tâm, thay đổ
chi u ng nhau, c i
h s cung c , v.v. u h
ệ ố ực, thêm rãnh phụ Tuy nhiên, hầ ết các phương pháp trên chưa
đề ập đến động cơ BLDC rotor ngoài được đề ấ ận án.
c xu t trong lu

34. 16
Do c c bi t c t p tuy n, h u h
ấu trúc đặ ệ ủa BLDC rotor ngoài là ừ hóa tiế ế nên ầ ết các
phương pháp đã nêu khó đạt đượ đố ớ ấu trúc cơ họ động cơ
c i v i c c BLDC rotor
ngoài đề ấ ận án. Một phương pháp mớ ựa trên việc áp dụ ế ợ
xu t trong lu i d ng k t h p
chi ch
ề ộ ệ và độ ủ nam châm để ảm mô men đậ ạ
u r ng mi ng rãnh ph gi p m được đề
xu t l . cho th y s c i ti n c ng
ấ ần đầu tiên trong luận án này Để ấ ự ả ế ủa phương pháp, độ
cơ BLDC rotor ngoài nam châm ắ ặt trong gông rotor đượ ọn làm đố ợ
, g n m c ch i tư ng
nghiên cứu.
Chi u r ng mi ph i di n cho
ề ộ ệng rãnh, độ ủ nam châm là hai thông số đạ ệ stator và
rotor trong m l a ch p s n quan
ột động cơ. Khi ự ọn các thông số này phù hợ ẽ góp phầ
tr t k
ọ ế
ng trong thi ế nâng cao hiệu năng ả ệ ấ ợng mô men động cơ
, c i thi n ch t lư .
Để ải bài toán ế ợp đượ ả 2 thông số ới cùng mộ ục đích ả
gi k t h c c v t m gi m mô men
đậ ạ ác giả đề ấ hai phương pháp nghiên cứ ằm nâng cao hiệu năng
p m ch. T xu t u nh
c n b
ủa máy, đó là: Phương pháp mô hình hóa máy điệ ằng các hệ phương trình vi
phân và phương pháp hiện đạ ử ụ ầ ề để mô phỏng các
i s d ng ph n m m Ansys Maxwell
kết quả tính toán.
Lu l a ch ch t
ận án ự ọn phương pháp mô hình hóa mạ ừ tương đương và giải tích để
n u p m ch BLDC. P
ghiên cứ , tính toán giảm mô men đậ ạ hương pháp PTHH sẽ được
luận án vậ ụng để ể ứng các kế ả ừ phương pháp mô hình hóa mạ ừ
n d ki m ch t qu t ch t
tương đương.
1.4. V t li u d n t
ậ ệ ẫ ừ trong động cơ BLDC
1.4.1 m m ch t
. Khái niệ ạ ừ
1.4.1.1 Khái niệm cơ bản
M t t ng
ật độ ừ thông , cường độ
 ừ trườ là hai đại lượng véc tơ cơ bản cùng
chi c
ề ậ ệu. Đố ớ ậ ệ nam châm
u trong v t li i v i v t li u thiế ế động cơ, khoảng làm việ
t k
  n m trong y khi ti t k nh kho ng tuy
ằ vùng tuyến tính vì vậ ến hành thiế ế, xác đị ả ến
tính trong miền làm việ ủ ộng cơ là mộ ững bước đầu tiên.
c c a đ t trong nh
c ng t 1.16 v ng theo
Xét khối đơn vị ủa đối tượ ừ như hình ới các định hướ  
trục z.
M i quan h gi g
ố ệ ữa   là không tuyến tính trên toàn miền và được tính ần đúng
theo công thức:
  
μ (1.1)
V s t u.
ới : Hệ ố ừ thẩm của vật liệ
Trong m t n, h t
ô hình đơn vị ừ trường cơ bả ai thông số luôn được xét là mật độ ừ
thông và cường độ ừ trườ ớ
t ng cùng v i sứ ừ độ
c t ng .
󰇛  󰇜


35. 17
Hình 1.16. Vi phân phầ ử đơn vị ậ ệ ừ
n t v t li u t [54]
Phát triển mô hình ở hình thành mảng định hướng như hình ổ ừ
1.16 1.17, t ng t
thông  ng b ng t ng t ng kh
đi qua đối tượ ằ ổ ừ thông đi qua từ ối đơn vị . Khi đó ừ
t
thông được tính theo công thức:
   
 󰇛 󰇜 (1.2)
Theo các phân tích ở trên   , giá trị ừ thông đượ
t c tính là:
   (1.3)
V di n.
ới A là tiết ệ
Hình 1.17. Khối vi phân theo đơn vị độ dài phầ ử ậ ệ ừ
n t v t li u t [54]
Kéo dài khố ở hình ạng như hình
i 1.17 theo phương z có d 1.18.

36. 18
Hình 1.18. Khối vi phân theo thể tích phầ ử ậ ệ ừ
n t v t li u t [54]
T t c t o t ng
ừ thông đi qua tấ ả các lớp vi phân dz ạ ra các giá trị cường độ ừ trườ 
tương ứng. Đố ớ ạ ừ đồ ấ ể ứ
i v i m ch t ng nh t ta có theo bi u th c:
      (1.4)
V t ng chi T (1.1 1.3 1.4
ới  ổ ều dài theo phương z. ừ ), ( ), ( ) ta có:
   (1.5)
Với:
 


(1.6)
Áp dụng đị ậ ớ là điệ ẫn tương đương, kế ợ ớ ể
nh lu t Ohm v
   i  n d t h p v i bi u
th th
ức (1.6) có được bi u
ể ức sau:
  
 (1.7)
Tương đương vớ ức điện độ ạch điệ
i s ng trong m n.
 




μ
(1.8)
Đượ ọ ừ ở, tương đương với thông số điệ ở ạch điệ
c g i là t tr n tr trong m n.
1.4.1.2. Nguồn từ
Có hai nguồ ừ ổ
n t ph biến là: cuộn dây mang dòng điện và nam châm vĩnh cửu.
Xét từ ờ ở ộn dây mang dòng điện như hình ợ ấ
trư ng sinh ra b i cu 1.19 đư c qu n quanh
m ng g
ộ ố ợ
t đ i tư ọi là lõi.

37. 19
Hình 1.19. Cuộn dây đượ ấ ộ ẫ ậ ệ ừ
c qu n quanh m t m u v t li u t [54]
T ng sinh ra b n trong cu nh lu t Ampere:
ừ trườ ởi dòng điệ ộn dây ị
theo đ ậ
 

 󰇫
 Nếu I thuộc C
0, Nếu I không thuộc C
(1.9)
Quan h u c t n theo quy t c v
ệ phương chiề ủa cường độ ừ trường và dòng điệ ắ ặn nút
chai hay quy t t tam di n thu
ắc bàn tay trái hoặc có thể nói: chúng tạo thành mộ ệ ận
trong không gian như 1.20
hình
Hình 1.20. T ng sinh ra quanh m t thanh
ừ trườ ộ d n [55]
ẫ
Áp dụ theo đị ật toàn dòng điệ ới N vòng dây của đối tượng như hình
ng nh lu n v
1.19 c:
có đượ
 
 



  



  
󰇛 󰇜



 󰇛 󰇜



(1.10)
Với  t i m t ph
là cường độ ừ trường trùng vớ ặ ẳng dòng điện khung dây đều có
giá trị ằ ậy tương tác giữa cường độ ừ ờng và dòng điệ ỉ
b ng 0, v t trư n ch có theo
phương z. Do đó ể ứ được rút gọ
bi u th c (1.10) n:

38. 20
 
   



(1.11)
V a cu u z.
ới  là chiều dài củ ộn dây theo chiề
T (1.4), (1.10 c t ng c
ừ ) ta có tích  chính là sứ ừ độ 󰇛  󰇜
 ủa dòng điện
trong cu , v
ộn dây ậy công thức:    ngu n t c
chính là công thức tính giá trị ồ ừ ủa
dòng điệ ộn dây, tương tự như hiệu điệ ế ạch điệ
n trong cu n th trong m n.
Khi m t ngu n t 1.
ô hình hóa mộ ồ ừ như hình 21, ph n t d n c
ải tính toán đế ừ ẫ ủa lõi
cuộn dây vì nó bị ảnh hưở ự ếp tính chấ ừ ủ ậ ệu làm lõi và giá trị ứ
ng tr c ti t t c a v t li s c
điện động đượ ạ ớ ột dòng điệ ấp vào.
c t o ra v i cùng m n c
Hình 1.21. Mô hình nguồ ừ ộn dây mang dòng điệ
n t cu n [55]
1.4.1.3. Phân bố từ thông trong khe hở không khí
T t c ng s c t gi
ấ ả các động cơ đều có đườ ứ ừ ữa stator và rotor đi qua khe hở không
khí. Vì vậ ệc mô hình hóa để tính toán các thông số ừ ờ ủ ở không
y vi t trư ng c a khe h
khí là mộ ệc không thể ỏ qua trong quá trình thiế ế
t vi b t k .
T d n khe h nh n u bi c c a m ch t
ừ ẫ ở không khí được xác đị ế ết các kích thướ ủ ạ ừ và
độ ớ ở không khí. Đại lượng đầu tiên cầ ế ệc tính từ ẫ ở
l n khe h n thi t cho vi d n khe h
không khí là độ ừ ẩ
t th m chân không:
μ    
π 
󰇛󰇜 (1.12)
T d t trong
ừ ẫn có thể được tính toán theo mộ các phương pháp sau:
✓ Dùng công thứ ải tích trên cơ sơ biến đổi các số ệ ự ệ ằ
c gi li u th c nghi m b ng
toán thư
h M
ọc. ô hình này ờng dùng cho các khe hở không khí.
✓ Phương pháp phân chia từ ờ Phương pháp R ừ ờ ủ
trư ng ( oters). T trư ng c a
khe h d n c ng t
ở không khí được chia ra các trường đơn giản và từ ẫ ủa nó bằ ổng các
từ ẫ
d n có trong trường đơn giản - công thức tính từ dẫn ứng với dạng hình học cơ bản.

39. 21
T d t m v i t s gi a ti t di
ừ ẫn này là tích của độ ừ thẩ ớ ỷ ố ữ ế ện và chiều dài trung bình
(hay t s gi a th a t d n
ỷ ố ữ ể tích và bình phương chiều dài trung bình) củ ừ thông. Từ ẫ
t ng khe h ng t ng s d n song song.
ổ ở không khí bằ ổ ố các từ ẫn thành phầ
Hình 1.22. T a hai c c
ừ trường đi qua khe hở không khí giữ ự [56]
✓ Tính từ ẫn theo các đườ ự ệm (phương pháp củ
d ng cong th c nghi a BUL).
D ng cong th c nghi m v t t d n, ta
ựa vào các đườ ự ệ ề suấ ừ ẫn rò và tả dùng các công
thức tính sẵn để tính từ ẫn. Phương pháp này tiệ ợ ở không khí phứ
d n l i cho khe h c
t c n l
ạp và sai số ủa phương pháp là không lớ ắm.
Hình 1.23. Mô hình không gian từ ẫ ở không khí
d n khe h [56]
✓ Tính từ ẫ ằng phương pháp hình vẽ. Phương pháp này đượ ử ụ
d n b c s d ng khi
khe h ng ph c t
ở không khí có dạ ứ ạp và cần độ chính xác cao. Phương pháp này chỉ
nên sử ụng khi các phương pháp khác không thể ự ện đượ
d th c hi c.
Hình 1.24. Mô hình tính toán từ ẫ ở không khí
d n khe h [56]

40. 22
1.4.1.4. Phân bố từ thông trên rãnh
V t k m v
ới các thiế ế BLDC thông thường, rãnh động cơ có nhiệ ụ chứa các bối
dây để ừ ờng trên các răng. Dây quấn có tính chấ ừ tính, cho nên từ
sinh ra t trư t phi t
thông không đi qua rãnh ừ thông đi qua khe hở không khí thẳ ớ ệng rãnh
mà t ng v i mi
như hình như vậ ợ ừ thông chỉ móc vòng đến các răng qua rãnh.
1.25, y lư ng t
(a) (b)
Hình 1.25. Đườ ứ ừ trong rãnh (a) và phân chia hình họ
ng s c t c (b) [57]
Trong hình 1.25a g n t d
ồm các thành phầ ừ ẫn răng với răng và rãnh với răng, do
kh n t c a khe h n ng s c t
ả năng dẫ ừ ủ ở không khí kém ên các đườ ứ ừ được móc vòng
sang các răng do đó kéo dài đườ ứ ừ ẫn đế ự không đề ủ giá trị ừ ẫ
ng s c t , d n s u c a t d n
giữa phần răng với răng và răng với rãnh trong toàn khe hở không khí.
Để đánh giá khả năng kéo dài đườ ứ ừ trong rãnh, hệ ố
ng s c t s Carter    được
đưa ra để tính toán đế ả năng kéo dài đườ ứ ừ ở không khí
n kh ng s c t qua khe h 
 

.
V a khe h
ới : độ dài củ ở không khí, 

: độ dài của quãng đườ ị kéo dài đưa ra
ng b
đầu tiên bởi các nghiên cứ ủ
u c a Mukheijiand Neville, 1971; Qishan and
Hongzhan,1985.
Để đơn giản hóa mô hình tính toán ảnh hưở ủ ề ộ ệ ế
ng c a chi u r ng mi ng rãnh, ta ti p
c a F.W.Carter khi ng c
ận nguyên lý củ đưa ra giải pháp cho vấn đề ảnh hưở ủa rãnh
stator để phân tích và thiế ế máy điện nói chung. Theo đó, ảnh hưở ủa rãnh
t k ng c
stator đượ ể ệ ở ề dài ở không khí khi này sẽ ở thành
c th hi n chi u khe h  tr 
.
Liên hệ ừ ờng theo phương trình:
t trư









τ
τ 

(1.13)
Các biể ứ ể xác đị trong công thức tính hệ ố là:
u th c đ nh  s Carter [58]

41. 23
γ

π
󰇯



󰇛



󰇜
󰇛



󰇜
󰇰 (1.14)

τ







π τ

󰇛
π


󰇜
 (1.15)
γ


π
󰇯
󰇛

󰇛
 󰇜
󰇜 

 



󰇛


󰇛
 󰇜
󰇜
󰇰 (1.16)
Hình 1.26. Ảnh hưở ề ộ ệng rãnh stator theo hệ ố
ng chi u r ng mi s Carter [58]
Việ ải tích hóa độ kéo dài của đườ ứ ừ được đưa ra bở ấ
c gi ng s c t i r t nhiều các
nghiên cứu khác nhau vì nó ảnh hưở ự ế ới mô hình của tác giả
ng tr c ti p t .
H s i Nasar (1987), theo bi u c:
ệ ố Carter 1 được đưa ra bở ể thứ
 󰇟 

τ


󰇛



 󰇜
󰇠

(1.17)
H s bi c:
ệ ố Carter 2 được đưa ra bởi Ward và Lawrenson (1977), theo ểu thứ

 
  
τ


󰇝

󰇛



󰇜 



󰇟   󰇛


󰇜

󰇠󰇞


(1.18)

42. 24
Mô hình các thành phầ ở không khí được phân chia từ ờ trên rãnh
n khe h trư ng
như hình ả ế ần móc vòng từ rãnh vào răng dạng cung tròn. Khi đó
1.25b, gi thi t ph
t ng t d n c a c ng v a m
ổ ừ ẫ ủ ả đối tượ ới  là độ dài củ ạch từ:

  
  
  
  μ

τ 




π
󰇛  
π 


󰇜
 (1.19)
khe h c h s
So sánh với tính toán từ trở ở không khí, giả thiết đều, cũng có đượ ệ ố
thay đổi giá trị ừ ẫ ể ứ
t d n theo bi u th c:

 
 






󰇛  



󰇜


(1.20)
Đồ ị ệ ữ ệ ố ới các đại lượng hình họ ảnh hưởng đến giá
th quan h gi a h s Carter 3 v c
tr i th
ị ừ ẫn đượ
t d c biể ễ như hình ứ ớ
u di n 1.27 ng v các bi u
ể ức (1.17 1.18 1.
), ( ), ( 20).
Hình 1.27. h s carter v i t s chi u r ng mi
Giá trị ệ ố ớ ỉ ố ề ộ ệng rãnh và bước rãnh [55]
Thành phầ ừ thông đi trự ế ữa stator và rotor qua khe hở không khí chiế
n t c ti p gi m
ph 1.28. V g ng s c t ng
ần ưu thế như hình ì thời gian và quãn đường đi của đườ ứ ừ ắn
hơn, do vậ ả năng tậ ật độ ừ ờng trên răng là cao hơn hẳ ớ
y kh p trung m t trư n so v i
lượ ừ thông móc vòng qua miệng rãnh.
ng t

43. 25
Hình 1.28. T ng t p trung c a m
ừ trườ ậ ủ ột răng [55]
T s
ỷ ố  




h l ch m t
đánh giá sự chên ệ ật độ ừ thông khe hở không khí đi trực
tiế ữa rotor và stator vớ ầ ị kéo dài qua miệng rãnh. Việ ự ọn các
p gi i ph n b c l a ch
thông số hình học và vật liệ ảnh hưở ự ế ới các thông số ủ ạ ừ
u ng tr c ti p t c a m ch t .
1.4.2. V t li u t
ậ ệ ừ tính
1.4.2.1. Hệ số từ thẩm
Theo công thứ ố ệ ữa hai đại lượ ột đại lượ ứ
c 1.1 m i quan h gi ng qua m
  ng th 3
đượ ọi là độ ừ ẩm. Độ ừ ẩm thường được ký hiệu là là đại lượ ật lý đặ
c g t th t th  ng v c
trưng cho tính thấ ủ ừ ờ ở ộ ậ ệ nói theo các khác là ả
m c a t trư ng m t v t li u, hay h kh
năng phả ứ ủ ậ ệu dưới tác độ ủ ừ ờng ngoài. Khái niệ ừ ẩ
n ng c a v t li ng c a t trư m t th m
thường mang tính chấ ỹ ậ ủ ậ ệu, nói lên mố ệ ữ ả
t k thu t c a v t li i quan h gi a c m ứ ừ
ng t
và từ ờng ngoài.
trư
Phương pháp để xác định độ ừ ẩm tương đố
t th i 
 


là đại lượng trong phép
đo ờng độ ừ ờ ả ứng. Độ ừ ẩ ủ ậ ệu không phải là hằ ố
cư t trư ng c m t th m c a v t li ng s mà
thay đổ ị ừ hóa, do ảnh hưở ủa các yế ố môi trường tác độ
i khi b t ng c u t ng.
V t li u phi t ng ch s t m t i
ậ ệ ừ tính là nhữ ất có hệ ố ừ thẩ ương đố   . Các ậ ệ
v t li u
có hệ ố ừ ẩm tương đố ớn đượ ọi là các vậ ệ ừ tính. Sắ ừ ậ ệ
s t th i l c g t li u t t t là v t li u có
t nh, kh ng ng m nh d ng c a t
ừ tính mạ có ả năng hưở ứ ạ ưới tác dụ ủ ừ trường ngoài. Các
chấ ắ ừ tác độ ầ ố ới các chấ ậ ừ ở đặc điể ưở ứ
t s t t có ng g n gi ng v t thu n t m h ng ng theo
từ trường ngoài.
Dự ả
a vào kh năng từ hóa của vật liệu được chia làm hai loại.
✓ V t li u t m m, hay v t li u s t t n t
ậ ệ ừ ề ậ ệ ắ ừ “mềm” về phương diệ ừ hóa và khử
t t
ừ, có nghĩa là dễ ừ hóa và dễ ử ừ ậ ệ ắ ừ ềm thường được dùng làm
kh t . V t li u s t t m
v u ho bi n th
ật liệ ạ ộng trong trường ngoài, ví dụ
t đ như lõi ế ế, lõi nam châm điện, các
lõi dẫ ừ
n t ...

44. 26
✓ V t li u t c t li u s t t t
ậ ệ ừ ứng là vậ ệ ắ ừ, khó khử ừ và khó từ hóa. Ý nghĩa của
tính từ ứ ở đây chính là thuộc tính khó khử ừ và khó bị ừ hóa, chứ không
"c ng" t t
xu a v u t .
ấ ừ
t phát t cơ tính củ ật liệ ừ
1.4.2.2. Vật liệu sắt từ
Đườ ừ hóa và mắ ừ ễ ủ ậ ệ ắ ừ ở hình ấ ậ ệ
ng cong t t t tr c a v t li u s t t 1.29 cho th y v t li u
s t t c lo i t m ng t
ắ ừ thuộ ạ ừ ềm. Có nhiều đườ ừ trễ khác nhau phụ thuộc vào trạng thái
làm việ ủ ạ ừ ới đườ ừ hóa đượ ến tính hóa, các giá trị ệ ố
c c a m ch t . V ng cong t c tuy h s
từ thẩ ợ
m đư c lấy giá trị trung bình và coi là không đổi.
Hình 1.29. Đặc tính B ậ ệ ừ
-H v t li u t [59]
Tuy nhiên, khi tính toán tớ ời điểm làm việ ủa động cơ, các giá trị ủ
i th c c c a 
trên đườ ủ ậ ệu luôn thay đổ ề ế ố ứ ạp như hình
ng cong c
   a v t li i do nhi u y u t ph c t
1.30. V i m t th t
ậy tính tạ ộ ờ ểm, giá trị
i đi độ ừ thẩm tương đố ợc xác định là:
i đư
μ 

μ


(1.21)
Để đơn giản hóa quá trình tính toán, công thức tính hệ ố ừ ẩm tương đối có
s t th
giá trị tính toán là:
μ 

μ


(1.22)
T 1.30 c t t m c
ừ hình , các tham số ần quan tâm là độ ừ thẩm ban đầu, độ ừ thẩ ực
đại, độ ừ ẩ bão hòa qua đó thấy độ ừ ẩm tương đối có giá trị ến tính vớ
t th m , t th tuy i
các giá trị ừ ờng trong giai đoạn tăng tuyến tính củ ậ ệ ới các loại thép
t trư a v t li u. V
k n m c ch t t n (
ỹ thuật điệ ới đượ ế ạo, độ bão hòa ừ có giá trị khá lớ kho ng 2.2 T
ả ) và

45. 27
kho ng tuy n, m b
ả ến tính lớ qua đó đả ảo phương pháp tính toán tuyến tính hóa có độ
chính xác chấ ận đượ
p nh c.
Hình 1.30. Đồ ị ệ ữa đườ ừ hóa với độ ừ hóa
th quan h gi ng cong t t [59]
1.4.2.3. i
Tổn thất lõ
Khi v t li u s t t c trong t i theo th i gian s sinh ra t
ậ ệ ắ ừ làm việ ừ trường thay đổ ờ ẽ ổn
th tr
ất do tác động dòng xoáy Foucalt, tổ ừ hóa do mắ ừ
n hao t t t ễ ậ ệu. Các tổ
v t li n
hao này khó tách biệt, vì vậy đượ ọi chung là tổ ất lõi, theo hình ấ
c g n th 1.31 cho th y
t n th t n s t
ổ ất lõi với dạng sóng sin có ầ ố và giá trị ừ trường khác nhau.
Hình 1.31. T n th t v t li u s t t theo t n s c
ổ ấ ậ ệ ắ ừ ầ ố làm việ
T ng s ng t n th u theo kh ng c a v t li
ổ ố năng ợ
lư ổ ất đó được phân bố đề ối lượ ủ ậ ệu.
T n th t t t t li t n th
ổ ấ ừ hóa là năng lượng để ừ hóa vậ ệu theo đường cong. Giá trị ổ ất
này phụ ộc vào hình dáng củ ậ ệ ự ọ ế ế ới hình dáng củ
thu a v t li u l a ch n thi t k , v a

46. 28
đường cong tương tự như hình ỉ ệ ậ ới kích thích từ ậ ổ ấ ừ
1.29 t l thu n v . V
 y t n th t t
tr th
ễ đượ ể
c tính theo bi u ức:

  
 


(1.23)
Trong đó:

 H s ph thu u.
ệ ố ụ ộc vào vật liệ
n s
: Tầ ố kích thích.
 : Giá tr t đ
ị ậ
m ộ ừ thông làm việ ớ ấ
t c l n nh t củ ậ
a v t liệu.
S t li u, n m trong kho ng 1,5-2,5.
 ố mũ vậ ệ có giá trị ằ ả
T n th i theo th i gian, nh
ổ ất do dòng xoáy kích thích thay đổ ờ ững dòng điện tích
d ch chuy n trong kh i v t li u k t h p v n tr c a v t li
ị ể ố ậ ệ ế ợ ới điệ ở ủ ậ ệu gây tiêu hao công
suấ ổ ấ dòng điện xoáy đượ ể ị ể ứ ấ ả
t. T n th t do c bi u th qua bi u th c (1.23) cho th y nh
hưở ớ ủ ổn hao dòng xoáy liên quan tớ ầ ố làm việc và giá trị ật độ ừ
ng l n c a t i t n s m t
thông làm việ ớ ấ
c l n nh t:

  

 




(1.24)
Với 
 ng s thu t li u.
là hằ ố dòng xoáy phụ ộc vào vậ ệ
Để ả ổn hao dòng xoáy, một phương án đưa ra là tăng giá trị điệ ở ủ ậ
gi m t n tr c a v t
liệ ờ ỉ ệ ất bán dẫn có trong thành phần thép ấu trúc lõi thép đượ ạ ừ
u nh t l ch . C c t o t
nh 1.32 m v n.
ững lá thép mỏng như hình , trên bề ặt phủ ật liệu cách điệ
Hình 1.32. C u t o d ng t m m ng c a v t li u s t t
ấ ạ ạ ấ ỏ ủ ậ ệ ắ ừ
Vì các lá thép mỏng và được cách điện, nên không đủ khép kín mạch điệ để
n tạo
dòng xoáy trong mạch t , d
ừ ẫn đến giảm được tổn hao do dòng Foucalt một cách đáng
kể.